- •Часть 2
- •Эффективность передачи информации
- •Особенности оценки эффективности
- •Эффективность передачи дискретных сообщений
- •Эффективность передачи непрерывных сообщений
- •Эффективность передачи информации в сетях
- •Методы повышения верности передачи
- •Необходимость передачи дискретной информации с повышенной верностью
- •Классификация методов повышении верности
- •Метод многоразовой передачи
- •Нормы на характеристики канала тональной частоты
- •Технологии и архитектура беспроводных сетей
- •Персональные беспроводные сети (технологии Bluetooth, Home rf, ieee 802.15.3(4))
- •Стандарты Bluetooth и HomeRf
- •Архитектура и логическая структура сети Bluetooth
- •Технические средства сети Bluetooth
- •Высокоскоростные персональные сети стандарта ieee 802.15,3(3а)
- •Сверхбыстродействующие персональные сети (ieее 802.15.3а)
- •Низкоскоростные сети стандарта iеее 802.15.4 (ZigBee)
- •Технология сверхширокополосной связи
- •Беспроводные локальные сети (стандарты dect и ieee 802.11)
- •Локальные сети под управлением ieее 802.11
- •Стандарт dect
- •Беспроводные сети регионального масштаба
- •Региональные сети широкополосного доступа под управлением ieee 802.16
- •Мобильные сотовые технологии
- •Технологии транковой радиосвязи
- •Широковещательные сети — цифровое телевидение
- •Системы цифрового телевидения
- •Стандарт atsc
- •Стандарт dvb
- •Широковещательные сети — цифровое радио
- •Система Eureka-147
- •Технология шос
- •Всемирное цифровое радио (drm)
- •Спутниковые сети
- •Виды орбитальных группировок. Геостационарные орбиты
- •Эллиптические, средневысотные и низкие орбиты
- •Архитектура и основные принципы работы спутниковых систем связи
- •Методы множественного доступа в ссс
- •Оглавление
- •Часть 2
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Архитектура и логическая структура сети Bluetooth
Своим появлением спецификации Bluetooth обязан компаниям Ericsson, IBМ. Intel, Toshiba и Nokia, которые в феврале 1998 года для разработки стандарта персональной БСПИ организовали специальную рабочую группу SIC (Special Interest Group). Название новой технологии связан с именем короля Харольда I Блаатанда (в поздней транскрипции - Bluetooth, Синезуб), объединившего Данию с Южной Швецией и Южной Норвегией в единое Датское Королевство.
Уже 2000 год к Bluetooth SIG входили 1883 фирмы (на порядок больше, чем в группе HomeRF). Новую технологию поддержали производители элементной базы, программного обеспечения, портативных компьютеров, сотовых телефонов, звуковоспроизводительной аппаратуры и др. Видимо, имя короля-объединителя принесло свои плоды. Сегодня стандарт Bluetooth признай всем мировым сообществом. Между Bluetooth S1G и IEEE было достигнуто соглашение, в соответствии с которым спецификации Bluetooth вошла в стандарт IEЕЕ 802.15.1 (опубликован 14 июня 2002 года) «Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical layer (PHY) Specifications for Wireless Personal Area Networks (WPANs)» (Спецификации контроля доступа к беспроводному каналу и физического уровня беспроводных персональных сетей).
Спецификация Bluetooth описывает пакетный способ передачи информации с временным мультиплексированием. Радиообмен происходит в полосе частот 2400-2483,5 МГц (в США и ряде других стран - безлицензионный диапазон). В радиотракте применен метод расширения спектра посредством частотных скачков и двухуровневая частотная модуляция с фильтром Гаусса (binary Gaussian Frequency Shift Keying).
Метод частотных скачков подразумевает, что вся отведенная для передачи полоса частот подразделяется на определенно»' количество подканалов шириной 1 МГц каждый. Канал представляет собой псевдослучайную последовательность скачков по 79 иди 23 радиочастотным подканалам (табл. 4). Каждый канал делится на временные сегменты продолжительностью 625 мкс, причем каждому сегменту соответствует определенная несущая (подканал). Передатчик «перескакивает: с несущей на несущую синхронно с приемником в последовательности, определяемой номером канала. За секунду может происходить до 1600 частотных скачков. Такой метод обеспечивает конфиденциальность и некоторую помехозащищенность передач. Последний обусловлена чем, что если переданный по какому-либо подканалу пакет не был принят, то приемник сообщает об этом, и передача пакет повторяется на одном из следующих подканалов, уже на другой частоте.
Таблица 4
Разделение полосы частот на подканалы в стандарте Bluetooth
Страна |
Диапозон, МГц |
Несущая частота |
Допустимые номера Подканалов, k |
Европа* н США |
2400.8 - 2483,5 |
2402 + k |
0…79 |
Японии |
2471,8- 2497,8 |
2473 + k |
0..23 |
Испания |
2445,8 - 2475,8 |
2449 + k |
0..-22 |
Франции |
2446.5 6- 2483.5 |
2454 + k |
0...22 |
Протокол Bluetooth поддерживает соединения тина точка-точка и точка-многоточка. Два или более использующих один и тот же канал устройства образуют пикосеть (piconeе)- Одно из устройств работает как основное (master), а остальные - как подчиненные (slaves). В одной пикосети может быть до семи активных подчиненных устройств, при этом остальные подчиненные устройства находятся в состоянии «парковки», оставаясь синхронизированными с основным устройством. Взаимодействующие пикосети образуют «распределенную есть» (scatternet).
В каждой пикосети действует только одно основное устройство, однако подчиненные устройства могут входить в различные пикосети. Кроме того, основное устройство одной пикосети может являться подчиненным в другой (рис. 6). Пикосети не синхронизированы друг с другом по времени и частоте — каждая из них использует свою последовательность частотных скачков. В одной же пикосети все устройства синхронизированы по времени и частотам. Псевдослучайная последовательность скачков уникальна для каждой пикосети и определяется адресом ее основного устройства. Длина цикла псевдослучайной последовательности — 227 элементов.
В стандарте Bluetooth предусмотрена дуплексная передача на основе разделения времени (time division duplexing TDD). Основное устройство передает пакеты f(k) в нечетные временные сегменты, а подчиненное устройство — в четные (рис. 7). Пакеты в зависимости от длины могут занимать до пяти временных сегментов. При этом частота канала не меняется до окончания передачи пакета (рис. 8).
Протокол Bluetooth может поддерживать асинхронный канал данных, до трех синхронных (с постоянной скоростью) голосовых каналов или канал с одновременной асинхронной передачей данных и синхронной передачей голоca. Скорость каждого голосовою канала -64 кбит/с в каждом направлении, асинхронного в асимметричном режиме — до 723,2 кбит/с в прямом и 57,6 кбит/с в обратном направлениях или до 433,9 кбит/с в каждом направлении в симметричном режиме.
Синхронное соединение (SCO) возможно только в режиме точка-точка. Такой вид связи применяется для передачи информации, чувствительной к задержкам, например голоса. Основное устройство поддерживает до трех синхронных соединений, вспомогательное до трех синхронных соединений с одним основным устройством или до двух — с разными основными устройствами.
Рис. 6. Пикосеть с одним подчиненным устройством (я), несколькими (6) и распределенная сеть (в)
Рис. 7. Временные диаграммы работы канала
При синхронном соединении основное устройство резервирует временные сегменты, следующие через так называемые SCO-интервалы. Даже если пакет принят с ошибкой, повторно при синхронном соединении он не передается.
При асинхронной связи (ACL) используются временные сегменты, не зарезервированные для синхронного соединения. Асинхронное соединение возможно между основным и всеми активными подчиненными устройствами в пикосети. Основное и подчиненное устройства могут поддерживать только одно асинхронное соединение. Поскольку в пикосети может быть несколько подчиненных устройств, конкретное подчиненное устройство отправляет пакет основному, только если в предыдущем временном интервале на его адрес пришел пикет от основного устройства. Если в адресном поле ACL-пакета адрес не укатан, пакет считается «широковещательным» — его могут читать все устройства. Асинхронное соединение позволяет повторно передавать пакеты, принятые с ошибками (механизм ARQ — automatic repeat request).
Стандартный пакет Bluetooth содержит код доступа длиной 72 бита, 54-битный заголовок и информационное поле длиной не более 2745 бит (рис. 9). Однако пакеты могут быть различных типов. Так, пакет может состоять только из кода доступа (в этом случае его длина равна 68 битам) или кода доступа и заголовка.
Рис. 8. Передача пакетов различной длины
Код доступа идентифицирует пакеты, принадлежащие одной пикосети, а также используется для синхронизации и реализации процедуры запросов. Он включает преамбулу (4 бита), слово синхронизации (64 бита) и трейлер — 4 бита контрольной суммы (рис. 10).
Рис. 9. Структура пакета
Рис. 10. Структура кода доступа
Заголовок содержит информацию для управления связью и состоит из шести полей (рис. 11):
AM_ADDR — 3-битный адрес активного элемента (active member address);
TYPE — 4-6итпыЙ код типа данных;
FLOW — 1 бит управления потоком данных, показывающий готовность устройства к приему;
ARQN — 1 бит подтверждения правильного приема;
SEQN — 1 бит, служащий для определения последовательности пакетов;
НЕС — 8-битная контрольная сумма.
Информационное поле в зависимости от типа пакетов может содержать либо поля голоса, либо поля данных, либо оба типа полей одновременно.
Поскольку глобальная цель Bluetooth — всеобщее объединение, эта спецификация описывает протоколы работы практически на всех уровнях модели взаимодействия открытых систем (MBOC/OSI). Стек протоколов Bluetooth позволяет устройствам различных стандартов взаимодействовать друг с другом посредством данной технологии.
Рис. 11. Структура заголовка
До сих пор мы рассматривали только физический уровень и уровень звена данных, поскольку взаимодействие на этих уровнях поддерживается аппаратно. Протоколы верхних уровней, как правило, реализуются программно. Основные протоколы взаимодействия, входящие е Bluetooth (рис. 12):
протокол управления соединением (Link manager protocol). Используется для установления связи, управления и защиты информации;
протокол управления логическим соединением и адаптации (Logical link control and adaptation protocol L2CAP). Обеспечивает мультиплексирование, сегментацию и перекомпоновку пакетов;
протокол определения служб (SDP). Позволяет идентифицировать тип и характеристики взаимодействующего устройства;
протокол RFCOMM. Основан на стандарте ETSI TS 07.10, поддерживает интерфейс RS-232, обеспечивая эмуляцию последовательного порта;
протокол управления телефонией (TCS). Служит для организации соединения между устройствами для передачи голоса и данных;
протокол обмена объектов ОВЕХ. Является основой для работы различных пользовательских приложений через канал Bluetooth (например, электронной почты). Он же обеспечивает совместное использование Bluetooth и других коммуникационных интерфейсов, например IrDA (Infrared Data Association).
Рис. 12. Стек протоколов Bluetooth