Технология Bluetooth

 

 

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

 

АО «МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

 

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

Кафедра Компьютерная Инженерия и Телекоммуникация

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Технология беспроводной связи»

на тему:

Технология Bluetooth

 

 

 

 

 

          Выполнил: Акудашев С.Т.

          Группа: РЭТ-143К

          Проверила: Кулакаева А.Е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы  2017

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...3

   1 Беспроводные  технологии, персональные сети и  принципы их 

Построения……………………………………………………………………….4

  1.1 Беспроводные технологии  и классификация беспроводных  сетей

  1.2 Концепция и  основные положения технологии Bluetooth …………...…6

  1.3 Принципы построения  и функционирования Bluetooth …………………7

  1.4 Принципы построения и функционирования Bluetooth…………………8

    2 Применение технологии BLUETOOTН….………………………………12

2.1 Использование технологии Bluetooth....................................................…..13

2.2 Структурная схема Bluetooth……………………………………………....13

   Заключение…………………………………………………………………....15

   СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ  ЛИТЕРАТУРЫ………………………….16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

  Данная работа посвящена обзору технологии Bluetooth – первой технологии, позволяющей организовать беспроводную персональную сеть передачи данных (WPAN — Wireless Personal Network). Созданная в 1998 году, эта технология остается актуальной и сегодня, несмотря на появление множества других беспроводных технологий. В настоящее время это одна из самых популярных беспроводных технологий.

  В 1995 году такие отрасли промышленности как телекоммуникации и информационные технологии осознали, что недорогая по стоимости и экономичная по потреблению энергии радиосвязь, или беспроводная связь, уже реальна и достижима. Поэтому на близких расстояниях она вполне может заменить собой кабельную связь.

  Были проведены исследования, и вскоре определились общие очертания технологии под кодовым названием "Bluetooth". Целью создателей технологии было обеспечение надежного сервиса для мобильных абонентов и бизнес-пользователей в рамках компактной радиотехнологии, действующей на малых расстояниях. Данную технологию предполагалось интегрировать в ряд модельных линий широкого диапазона различных устройств. Цель создателей состояла в том, чтобы технология соответствовала таким спецификациям, которые оптимизируют пользование всеми мобильными компьютерными и коммуникационными устройствами, а также обеспечивают: использование по всему миру, работу с голосом и передачей данных, возможность противостоять помехам от других источников в открытой полосе , очень компактный размер, для обеспечения удобной интеграции с различными устройствами, ничтожное энергопотребление, в сравнении с другими устройствами, предназначенными для подобных целей , открытый интерфейсный стандарт , а так же изкая стоимость.

  В настоящее время технология Bluetooth является твердо, устоявшимся коммуникационным стандартом для беспроводной связи на малых расстояниях. Она заменяет целую кучу отдельных кабелей, присоединяющих одно устройство к другому посредством одной универсальной радиолинии с малым радиусом действия. Например, радио-технология Bluetooth, встроенная и в сотовый телефон, и в ноутбук, заменяет кабель, используемый в настоящее время для присоединения ноутбука к сотовому телефону. Принтеры, персональные компьютеры, факсы, клавиатуры, джойстики и практически любые другие цифровые устройства могут быть частью системы Bluetooth. Радио-технология Bluetooth также обеспечивает универсальный мост к существующим сетям передачи данных, интерфейсу периферийных устройств.

 

 

 

 

 

1. БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ПЕРСОНАЛЬНЫЕ СЕТИ И ПРИНЦИПЫ ИХ ПОСТРОЕНИЯ

 

1.1 Беспроводные  технологии и классификация беспроводных  сетей

 

Беспроводные технологии — подкласс информационных технологий, служащих для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение.

В настоящее время существует множество беспроводных технологий. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения.

Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий.

По дальности действия можно выделить:

 

 

Рисунок 1 - Классификация по дальности действия

 

Беспроводные персональные сети (WPAN — Wireless Personal Area Networks). Примеры технологий — Bluetooth.

Беспроводные локальные сети (WLAN — Wireless Local Area Networks). Примеры технологий — Wi-Fi.

Беспроводные сети масштаба города (WMAN — Wireless Metropolitan Area Networks). Примеры технологий — WiMAX.

WPANS: Беспроводные  персональные сети

Две современные технологии создания беспроводных персональных сетей — это Infra Red (IR (ИК)) и Bluetooth (IEEE 802.15). Они предоставляют возможность связи устройств в радиусе 30 футов (около 10 м). Для установки ИК связи устройства должны находиться в зоне прямой видимости. Их связь характеризуется достаточно небольшим расстоянием.

WLANS: Беспроводные  локальные сети

WLANS предоставляет  возможность пользователям определенного  района или места, например, университетского  городка или библиотеки, создать  сеть и получить доступ в  Интернет. Временная сеть может  быть создана с ограниченным  числом пользователей и без  приемоперадатчика при условии, что им не требуется доступ  к Интернет-ресурсам.

WMANS: Беспроводные  городские сети

Даная технология позволяет объединять несколько сетей в городе, например, городские здания, что является прекрасной альтернативой кабельному соединению.

Также в некоторых источниках выделяют глобальные беспроводные сети (WWANS), которые действуют до 10 тис. км.

WWANS: Беспроводные  глобальные сети

Данный тип сетей объединяет различные города и страны посредством систем спутниковой или антенной связи. Их называют системами 2G (системами второго поколения).

Кратким, но ёмким способом классификации может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.

 

Рисунок 2 - Классификация по дальности действия и максимальной скорости передачи данных

 

По области применения можно выделить:

Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети — создаваемые компаниями для собственных нужд.

Операторские беспроводные сети — создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг.

В комплексе с классификацией беспроводных сетей необходимо рассмотреть основные стандарты, которые действуют в этой области.

Стандарт 802.11 впервые появился в 1990-х годах. Он был разработан Институтом электроники и электрики. Теперь он является ведущей технологией в мире беспроводных сетей. Использование FHSS (frequency hopping spread spectrum) or DSSS (direct sequence spread spectrum) обеспечивает передачу данных со скоростью от 1 до 2 Мбит в секунду в 2.4 ГГц канале.

802.11a

Использование OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) обеспечивает передачу данных со скоростью до 54 Мбит в секунду в 5 ГГц канале.

802.11b

Известен как Wi-Fi или высокопроизводительный стандарт 802.11, он использует DSSS и применяется к локальным сетям. Стандарт используется в основном в частных целях, в домах. Гарантирует скорость 11 Мбит в секунду запас 5,5, 2 и Мбит в секунду.

802.11g

Обеспечивает скорость 20 Мбит в секунду и более, применяется с локальными сетями в канале 2,4 ГГц.

802.16-2004 (известен  также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное  мультиплексирование (OFDM), поддерживается  фиксированный доступ в зонах  с наличием либо отсутствием  прямой видимости. Пользовательские  устройства представляют собой  стационарные модемы для установки  вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве  стран под эту технологию отведены  диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается уже порядка 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней  конкурирующую или взаимодополняющую  технологию проводного широкополосного  доступа DSL.

802.16-2005 (известен  также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация  утверждена в 2005 году. Это — новый  виток развития технологии фиксированного  доступа (802.16d). Оптимизированная для  поддержки мобильных пользователей  версия поддерживает ряд специфических  функций, таких как хэндовер и  роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа  при наличии либо отсутствии  прямой видимости. Планируемые частотные  диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3; 2,5; 3,4–3,8 ГГц. В мире реализованы  несколько пилотных проектов, а  недавно оператор Sprint анонсировал  старт проекта национального  масштаба. Конкурентами 802.16e являются  все мобильные технологии третьего  поколения (например, EV-DO, HSXPA).

 

 

 

1.2 Основные  положения беспроводных персональных  сетей 

 

Беспроводные персональные сети (англ. wireless personal area network, WPAN) – сети, стандарт которых обозначен как IEEE 802.15.

WPAN применяются  для связи различных устройств, включая компьютерную, бытовую и  оргтехнику, средства связи и  т. д. Физический и 

канальный уровни регламентируются стандартом IEEE 802.15.4. Радиус действия WPAN составляет от нескольких метров до нескольких десятков сантиметров.

WPAN используется  как для объединения отдельных  устройств между собой, так и  для связи их с сетями более  высокого уровня, например, глобальной  сетью интернет.

WPAN может быть  развернута с использованием  различных сетевых 

технологий Bluetooth, ZigBee и другими. Работы по изучению возможности применения мобильных, сетевых коммуникаций начались еще в 1994 году. Компании IBM, Nokia, Intel и Toshiba создали консорциум для разработки стандарта беспроводной связи между ЭВМ посредством устройств с ограниченным радиусом действия.

Проект являлся конкурентом стандарта IEEE 802.11 (оба стандарта используют один и тот же частотный диапазон, одни и те же 79 каналов). Главной его целью являлось удаление любых кабелей из телефонии, а если получится, и из локальных сетей. Очевидно, что в нынешнем виде Bluetooth не может вытеснить 802.11 хотя бы из-за ограничений на максимальный размер сети. Но эта технология быстро развивается, трудно предсказать, какое место она займет в самые ближайшие годы. В 1999 году был выдан 1500-страничный документ v1.0. После этого группа стандартизации IEEE взяла этот документ за основу стандарта 802.15 (физический уровень и уровень передачи данных). В 2002 году IEEE утвердил стандарт 802.15.1. Пока стандарт 802.15 и Bluetooth не идентичны, но ожидается их объединение в самом ближайшем будущем.

Технология Bluetooth опирается на нелицензируемый (практически везде кроме России) частотный диапазон 2,4÷2,4835 ГГц. При этом используются широкие защитные полосы: нижняя граница частотного диапазона составляет 2 ГГц, а верхняя - 3,5 ГГц. Частота (положение центра спектра) задается с точностью ± 75 кГц. Дрейф частоты в этот интервал не входит. Кодирование сигнала осуществляется по двухуровневой схеме GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying).

Логическому 0 и 1 соответствуют две разные частоты. В оговоренной частотной полосе выделяется 79 радиоканалов по 1 МГц каждый.

 

 

 

 

1.3 Концепция  и основные положения технологии Bluetooth 

 

Bluetooth – это  современная технология беспроводной  передачи данных, позволяющая соединять  друг с другом практически  любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты  и даже холодильники, микроволновые  печи, кондиционеры. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно.

Bluetooth – это  маленький чип, представляющий собой  высокочастотный (2.4 – 2.48 ГГц) приёмопередатчик. Внешний вид модуля Bluetooth представлен  на рисунке.

 

 

 

Рисунок 3 – Внешний вид модуля Bluetooth

 

Технология Bluetooth предусматривает три уровня защиты:

1) Минимальная  – данные кодируются общим  ключом и могут приниматься  любым устройством без ограничения.

2) Защита на  уровне устройства – в чипе  прописывается уровень доступа, в соответствии с которым устройство  может получать определенные  данные от других устройств. 

3) Защита на  уровне сеанса связи – данные  кодируются 128-битными случайными  номерами, хранящимися в каждой  паре чипов, участвующих в конкретном  сеансе связи.

 

1.4 Принципы  построения и функционирования Bluetooth

 

Технология Bluetooth полностью открыта. Для исключения появления несовместимых устройств разработаны подробные спецификации, включающие детальное описание методов использования нового стандарта и характеристики протоколов передачи данных (упрощённая блок-схема bluetooth-связи представлена в приложении А).

Каждый bluetooth-модуль содержит формирующую и приёмно-передающую аппаратуру, а также встроенное или "зашитое" программное обеспечение (Firmware). К последнему относится интерфейс хост-контроллера (HCI), менеджер связи (Link Manager), а также контроллер несущей частоты (Baseband). Связь модуля с хостом на физическом и канальном уровнях осуществляется с помощью шин USB, UART, PC Card и соответствующего встроенного ПО. К физическому уровню относится также радиолиния между модулями.

Модуль поддерживает приём-передачу данных и речевых сигналов. Связь между модулем и хост-контроллером производится с помощью высокоскоростного USB-интерфейса или UART/PCM-интерфейса. Когда используется USB-интерфейс, модуль является USB-ведомым прибором и поэтому не требует ресурсов персонального компьютера.

Интерфейс хост-контроллера (ИХК) в модуле является командным интерфейсом. Хост через ИХК направляет команды, а в ответ принимает от модуля сообщения об их выполнении. Менеджер связи устанавливает необходимую конфигурацию ИХК.

Технология Вluetooth предполагает два вида связи: синхронную – SCO (Synchronous Connection Oriented) и асинхронную – ACL (Аsynchronous Connectionless). Первый вид, SCO, рассчитан на установление симметричного соединения "точка – точка" и служит преимущественно для передачи речевых сообщений. Скорость передачи информации SCO равна 64 Кбит/с. Второй, ACL, предназначен для пакетной передачи данных. Он поддерживает симметричные и асимметричные соединения типа "точка – много точек". Скорость передачи пакетной информации при ACL cоставляет порядка 721 Кбит/с. Пакеты данных имеют фиксированный формат. В начале блока находится 72-бит код доступа. Он может применяться, в частности, для синхронизации устройств. За ним следует 54-бит заголовок пакета, содержащий контрольную сумму пакета и информацию о его параметрах (например, о повторной передаче блока данных). Замыкает пакет область, непосредственно содержащая пересылаемую информацию. Размер этой области варьируется от 0 до 2745 бит.