Відмінності між версіями «Bluetooth All»
3390605 (обговорення • внесок) |
3390605 (обговорення • внесок) |
||
| Рядок 43: | Рядок 43: | ||
ведучий пристрій. У кожен момент часу Ваша інформація може йти тільки між двома пристроями в одному напрямку. Будь-який пристрій однієї пікомережі може також входити в іншу пікомережа як як підлеглого, так і ведучого. Дана схема з перекриттям пікомереж називається розсіяною мережею. На рис. 1 зліва наведено приклад пікомереж, а праворуч - розсіяною мережі, що складається з трьох перекриваються пікомереж. На цьому малюнку буквою M (Master) позначені провідні пристрої, буквою S (Slave) - підлеглі, а M / S означає, що пристрій є провідним в одній пікомережі і підлеглим - в інший. | ведучий пристрій. У кожен момент часу Ваша інформація може йти тільки між двома пристроями в одному напрямку. Будь-який пристрій однієї пікомережі може також входити в іншу пікомережа як як підлеглого, так і ведучого. Дана схема з перекриттям пікомереж називається розсіяною мережею. На рис. 1 зліва наведено приклад пікомереж, а праворуч - розсіяною мережі, що складається з трьох перекриваються пікомереж. На цьому малюнку буквою M (Master) позначені провідні пристрої, буквою S (Slave) - підлеглі, а M / S означає, що пристрій є провідним в одній пікомережі і підлеглим - в інший. | ||
| − | [[4grenen.png]] | + | [[Файл:4grenen.png]] |
Мал. 1. Топологія мереж Bluetooth | Мал. 1. Топологія мереж Bluetooth | ||
| Рядок 95: | Рядок 95: | ||
Для реалізації дуплекса з тимчасовим поділом (TDD) весь час ділиться на інтервали довжиною 625 мкс, звані слотами (рис. 3). Слоти нумеруються послідовно, і парні слоти використовуються для передачі в напрямку від ведучого пристрою підлеглим, а непарні - в зворотному напрямку. Кожному слоту відповідає своя частота з псевдослучайной послідовності частот. Дані передаються пакетами довжиною 1, 3 або 5 слотів. При передачі многослотових пакетів частота залишається постійною протягом всієї тривалості пакета. | Для реалізації дуплекса з тимчасовим поділом (TDD) весь час ділиться на інтервали довжиною 625 мкс, звані слотами (рис. 3). Слоти нумеруються послідовно, і парні слоти використовуються для передачі в напрямку від ведучого пристрою підлеглим, а непарні - в зворотному напрямку. Кожному слоту відповідає своя частота з псевдослучайной послідовності частот. Дані передаються пакетами довжиною 1, 3 або 5 слотів. При передачі многослотових пакетів частота залишається постійною протягом всієї тривалості пакета. | ||
| − | [[5gbtnmb.png]] | + | [[Файл:5gbtnmb.png]] |
Мал. 3. Перебудова частоти і схема TDD | Мал. 3. Перебудова частоти і схема TDD | ||
| Рядок 107: | Рядок 107: | ||
• NAP (non-significant part) - несуттєва частина адреси | • NAP (non-significant part) - несуттєва частина адреси | ||
| − | [[Файл: | + | [[Файл:6dfbrm.png]] |
Мал. 4. Структура адреси пристрою Bluetooth | Мал. 4. Структура адреси пристрою Bluetooth | ||
| Рядок 131: | Рядок 131: | ||
Bluetooth. | Bluetooth. | ||
| − | [[Файл: | + | [[Файл:7rejnejn.png]] |
Мал. 5. Діаграма переходів між станами Bluetooth | Мал. 5. Діаграма переходів між станами Bluetooth | ||
| Рядок 145: | Рядок 145: | ||
Мал. 6 ілюструє підключення пристроїв Bluetooth до одного фізичного каналу. | Мал. 6 ілюструє підключення пристроїв Bluetooth до одного фізичного каналу. | ||
| − | [[Файл: | + | [[Файл:8jrnjen5nj.png]] |
У Bluetooth визначені 4 типи фізичних каналів: | У Bluetooth визначені 4 типи фізичних каналів: | ||
| Рядок 163: | Рядок 163: | ||
На рис. 7 а) -і) ілюструються етапи процедури опитування. | На рис. 7 а) -і) ілюструються етапи процедури опитування. | ||
| − | [[Файл: | + | [[Файл:9nt_jrjj.png]] |
| − | [[Файл: | + | [[Файл:10ghfhccfg.png]] |
| − | [[Файл: | + | [[Файл:10jhergjhe.png]] |
Опитування здійснюється за допомогою спеціальних ID-пакетів, які містять тільки код доступу до каналу пошуку опитування, який не залежить від адрес пристроїв. Швидкість перебудови частоти опитувального пристрої 3200 стрибків в секунду. Опитуване пристрій відповідає службовим пакетом FHS, що містить адресу і значення таймера відправника, через 625 s після прийому ID-пакета | Опитування здійснюється за допомогою спеціальних ID-пакетів, які містять тільки код доступу до каналу пошуку опитування, який не залежить від адрес пристроїв. Швидкість перебудови частоти опитувального пристрої 3200 стрибків в секунду. Опитуване пристрій відповідає службовим пакетом FHS, що містить адресу і значення таймера відправника, через 625 s після прийому ID-пакета | ||
| − | [[Файл: | + | [[Файл:11grge.png]] |
Послідовність з 32 частот каналу пошуку опитування поділена на дві 16-частотні послідовності А і В, повторювані N раз. Після відповіді FHS-пакетом з метою уникнення колізій опитуване пристрій чекає випадкове кількість слотів перед поновленням сканування каналу. | Послідовність з 32 частот каналу пошуку опитування поділена на дві 16-частотні послідовності А і В, повторювані N раз. Після відповіді FHS-пакетом з метою уникнення колізій опитуване пристрій чекає випадкове кількість слотів перед поновленням сканування каналу. | ||
Версія за 00:29, 10 жовтня 2018
Що таке Bluetooth і як він працює?
Bluetooth або блютуc (перекладається як синій зуб) - технологія бездротової передачі даних. Bluetooth забезпечує обмін інформацією між такими пристроями як персональні комп'ютери (настільні, кишенькові, ноутбуки), мобільні телефони, принтери, цифрові фотоапарати, мишки, клавіатури, джойстики, навушники, гарнітури на надійній, недорогій, повсюдно доступній радіочастоті для ближнього зв'язку.
Bluetooth дозволяє цим пристроям спілкуватися, на відстані від 1 до 100 метрів один від одного (дальність сильно залежить від перешкод), навіть у різних приміщеннях.
Походження назви Bluetooth
Слово Bluetooth - переклад на англійську мову датського слова «Blåtand» («Синьозубий»). Це прізвисько носив король Гаральд I, що правив в X столітті Данією і частиною Норвегії і об'єднав ворогуючі датські племена в єдине королівство. Мається на увазі, що Bluetooth робить те ж саме з протоколами зв'язку, об'єднуючи їх в один універсальний стандарт.
З чого почався Bluetooth?
Перша концепція технології Bluetooth з'явилася в невеликому містечку Швеції Лунді, в 1994 році, де компанія Ericsson вирішила спорудити там новий камінь (своєрідний ритуал) в пам'ять про велику людину. Напис на цьому пам'ятнику говорить (в оригіналі - давньоскандинавською мовою): «Компанія Ericsson Mobile Communications АВ встановила цей камінь на честь Гаральда блютус, який дав своє ім'я для нової бездротової технології для мобільних комунікацій».
Далі, на початку 1998 року, п'ять великих компаній - Ericsson, Nokia, IBM, Intel і Toshiba - об'єдналися, щоб почати роботу над створенням нової технології бездротового зв'язку Bluetooth. 20 травня цього ж року для подальшого просування нової технології на телекомунікаційному ринку була сформована спеціальна робоча група (Special Interest Group - SIG). Будь-яка компанія, яка планує розробляти пристрої Bluetooth, може безкоштовно увійти в цю групу. В даний час в SIG входить більше трьох тисяч компаній, серед яких є і старі представники, що дали початок розвитку даного стандарту, і нові - наприклад, такі гіганти, як Lucent, Microsoft, Motorola та ін.
Основні положення технології Bluetooth
Bluetooth - це, як вже було сказано вище, сучасна технологія бездротової передачі даних, яка дозволяє поєднати один з одним практично будь-які пристрої. З'єднати можна все, що з'єднується, тобто має вбудований мікрочіп Bluetooth. Технологія стандартизована, отже, проблеми несумісності пристроїв від конкуруючих фірм бути не повинно.
Bluetooth - це маленький чіп (рис. 1), що представляє собою високочастотний (2.4 - 2.48 ГГц) приймач.
Споживання енергії (потужність передавача) не повинно перевищувати 10 мВт. Спочатку технологія передбачала можливість зв'язку на відстані не більше 10 метрів. Сьогодні деякі фірми пропонують мікросхеми Bluetooth, здатні підтримувати зв'язок на відстані до 100 метрів. Як радіотехнологія, Bluetooth здатний "обходити" перешкоди, тому прилади що з'єднуються, можуть знаходитися поза зоною прямої видимості. З'єднання відбувається автоматично, як тільки Bluetooth-пристрої виявляються в межах досяжності, причому не тільки за принципом точка - точка (два пристрої), але і за принципом точка - багато точок (один пристрій працює з декількома іншими).
Чіп Bluetooth реалізований з урахуванням усіх сучасних тенденцій. Розмір чіпа менше одного квадратного сантиметра. Застосовувана частота дозволяє обмежити споживану потужність 1мВт. Подібні характеристики дозволяють інтегрувати чіпи Bluetooth в таких пристроях, як мобільні телефони і кишенькові комп'ютери.
Області застосування Bluetooth
Bluetooth має три основних області застосування: • Точки доступу для обміну даними та голосовими повідомленнями. Bluetooth забезпечує передачу в реальному часі даних і мови, організовуючи зручну бездротовий зв'язок портативних і стаціонарних апаратів зв'язку (міст Internet, зв'язок телефонної трубки зі стаціонарним апаратом, доступ до даних через ноутбук, КПК або мобільний телефон). • У випадку пошкодження кабелю. Може забезпечувати бездротовий зв'язок між ПК і периферійними пристроями (клавіатура, миша, принтер і т.д.), між мобільним телефоном і навушниками (мікрофоном), між мобільним телефоном і КПК і т.п. • Організація Ad-Hoc мереж. Пристрій, оснащений чіпом Bluetooth, може встановлювати зв'язок з іншими пристроями, що знаходяться в межах області охоплення.
Топологія мереж Bluetooth
Всі пристрої мережі діляться на провідні (master) і підлеглі (slave). Обмін інформацією може здійснюватися тільки між ведучим і підлеглим пристроями, при цьому кожен пристрій може бути і провідним і підлеглим. Основним елементом організації мереж Bluetooth є пікомережа, що складається з одного ведучого пристрою і 1-7 активних підлеглих пристроїв. Крім того, в одну пікомережа може входити необмежена кількість пристроїв, що знаходяться в неактивному режимі. Підпорядковане пристрій може повідомлятися лише з провідним, причому тільки тоді, коли це дозволяє
ведучий пристрій. У кожен момент часу Ваша інформація може йти тільки між двома пристроями в одному напрямку. Будь-який пристрій однієї пікомережі може також входити в іншу пікомережа як як підлеглого, так і ведучого. Дана схема з перекриттям пікомереж називається розсіяною мережею. На рис. 1 зліва наведено приклад пікомереж, а праворуч - розсіяною мережі, що складається з трьох перекриваються пікомереж. На цьому малюнку буквою M (Master) позначені провідні пристрої, буквою S (Slave) - підлеглі, а M / S означає, що пристрій є провідним в одній пікомережі і підлеглим - в інший.
Мал. 1. Топологія мереж Bluetooth
Стек протоколів Bluetooth
Протокольна архітектура Bluetooth визначається протоколами чотирьох типів: внутрішні протоколи, протоколи контролю телефонії, протокол кабельної заміни і адаптовані протоколи. На рис. 2 зображений стек протоколів Bluetooth. внутрішні протоколи утворюють так зване ядро системи Bluetooth і формують п'ятирівневий стек, що складається з наступних елементів: • Протокол радіопередачі (частина фізичного рівня). Описує деталі радіоінтерфейсу (використовувані частоти, тип модуляції, потужність передачі). • Протокол передачі в базовій смузі частот (PHY- і MAC-рівні). Описує деякі функції фізичного рівня і функції управління доступом до середовища (встановлення з'єднання, розподіл часових інтервалів, адресація, перевірка і виправлення помилок, кодування / декодування аудиопотока, аутентифікація і шифрування, різні стану пристрою Bluetooth і режими передачі даних, реалізація схеми ARQ). • Протокол адміністратора каналу зв'язку (LMP - Link Manager Protocol). Відповідає за встановлення логічного каналу зв'язку між пристроями Bluetooth і його поточне адміністрування (аутентифікація, шифрування), узгодження розмірів пакетів, параметрів якості передачі, управління випромінюваної потужністю. • Протокол управління логічним каналом і адаптації (L2CAP - Logical Link Control and Adaptation Protocol). Адаптує протоколи вищих рівнів до рівня передачі в базовій смузі частот (MAC-рівня). Погоджує і забезпечує задану якість обслуговування на рівні логічних каналів і реалізує розширену схему повторної передачі ARQ.
• Протокол виявлення служби (SDP - Service Discovery Protocol). Служить для запиту додатком інформації про служби, що надаються пристроєм Bluetooth або через нього, і їх характеристиках. Протокол заміщення кабелю - віртуальний послідовний порт (RS-232). Протокол управління телефонією (TCS BIN - Telephony Control Specification - Binary). Визначає передачу сигналів управління викликами для встановлення сеансів передачі мови і даних, коли Bluetooth використовується радіотелефоном або базовою станцією. адаптовані протоколи визначаються специфікаціями, що випускаються іншими організаціями зі стандартизації, і вводяться в загальну архітектуру Bluetooth.
моделі використання
Модель використання - це набір протоколів, що реалізують конкретне додаток на основі Bluetooth. Перелічимо основні моделі використання: • Передача файлів. Модель підтримує передачу каталогів, файлів, документів, зображень і потокову інформацію. Дана модель також дозволяє переглядати структуру каталогів з віддаленого пристрою. • Міст Інтернет. Використовуючи дану модель, ПК зв'язується без проводів з мобільним телефоном або бездротовим модемом для віддаленого доступу до мережі або факсом. Управління модемом здійснюється за допомогою команд AT, а для передачі даних
використовується інший стек протоколів (наприклад, PPP над RFCOMM). При факсимільного зв'язку програмне забезпечення факсу працює безпосередньо над рівнем RFCOMM. • Доступ до локальної мережі. Дана модель використання дозволяє пристроям пікомережі отримати доступ до локальної мережі. • Синхронізація. Дана модель забезпечує синхронізацію міститься на пристроях персональної інформації, такої як записи в телефонній книзі, календарі, повідомлення і замітки. • Телефон "три в одному". Телефонні трубки, які реалізують дану модель використання, можуть працювати як радіотелефон, приєднаний до голосової базової станції, як інтерком, пов'язаний з іншими телефонами без використання мережі оператора, і як стільниковий телефон. • Головний телефон. Використовується як бездротовий пристрій Аудіо входи / виходи для віддаленого пристрою.
Радіоспеціфікація
Радіоспеціфікація - це документ, в якому представлені деталі радіопередачі пристроїв Bluetooth. Ключові параметри фізичного рівня Bluetooth наведені в таблиці 1. Таблиця 1. Основні параметри фізичного рівня Bluetooth
Щоб пристрої працювали на мінімально необхідної потужності, використовується контроль випромінюваної потужності. Алгоритм контролю потужності реалізується за допомогою протоколу адміністратора каналу зв'язку. Для забезпечення захисту від перешкод і ефектів багатопроменевого поширення, а також для забезпечення одночасної роботи декількох близько розташованих пікомереж і для реалізації множинного доступу для сусідніх пристроїв з різних пікомереж в Bluetooth використовується розширення спектра за допомогою псевдослучайной перебудови робочої частоти (FHSS - Frequency-Hopping Spread Spectrum ). Всі пристрої однієї
пікомережі використовують одну послідовність перебудови частоти. Для адресного доступу всередині однієї пікомережі використовуються схеми множинного доступу CDMA (Code Division Multiple Access) і TDMA (Time Division Multiple Access). Повнодуплексний режим забезпечується за допомогою дуплекса з тимчасовим поділом (TDD - Time Division Duplex). Доступ пристрою Bluetooth до різних пікомережі здійснюється за допомогою схеми множинного доступу FDMA (Frequency Division Multiple Access), яка в разі Bluetooth полягає в тому, що в різних пікомережі використовуються різні псевдовипадкові послідовності перебудови частоти, і, отже, в кожен момент часу в кожній пікомережі передача ведеться на своїй частоті, яка майже ніколи не збігається з поточними частотами інших пікомереж.
Специфікація базової смуги частот
Одним з найбільш складних і об'ємних документів, що описують стандарти Bluetooth, є специфікація базової смуги частот, звана також узкополосной специфікацією або специфікацією основної смуги частот. Ця специфікація описує деякі функції фізичного рівня і функції управління доступом до середовища (встановлення з'єднання, розподіл часових інтервалів, адресація, перевірка і виправлення помилок, кодування / декодування аудиопотока, аутентифікація і шифрування, різні стану пристрою Bluetooth і режими передачі даних, реалізація схеми ARQ) . Реалізація схем FHSS, CDMA, TDMA і TDD також відноситься до даної специфікації.
Перебудова частоти і схема TDD
Для реалізації дуплекса з тимчасовим поділом (TDD) весь час ділиться на інтервали довжиною 625 мкс, звані слотами (рис. 3). Слоти нумеруються послідовно, і парні слоти використовуються для передачі в напрямку від ведучого пристрою підлеглим, а непарні - в зворотному напрямку. Кожному слоту відповідає своя частота з псевдослучайной послідовності частот. Дані передаються пакетами довжиною 1, 3 або 5 слотів. При передачі многослотових пакетів частота залишається постійною протягом всієї тривалості пакета.
Мал. 3. Перебудова частоти і схема TDD
Адреса Bluetooth-пристрої (BD_ADDR)
З метою однозначної ідентифікації кожен пристрій Bluetooth має унікальний 48-бітову адресу (видається реєструючим органом IEEE). Його структура показана на рис. 4. Адреса складається з наступних частин: • LAP (lower address part) - нижня частина адреси • UAP (upper address part) - верхня частина адреси • NAP (non-significant part) - несуттєва частина адреси
Мал. 4. Структура адреси пристрою Bluetooth 64 значення (0x9E8B00-0x9E8B3F) LAP-частини зарезервовані для кодів доступу процедури опитування і не можуть бути частиною адреси пристрою. LAP і UAP разом беруть участь у виборі псевдослучайной послідовності перебудови частоти, крім цього LAP формує сінхрослово в коді доступу, а UAP бере участь в процесі перевірки помилок.
стану Bluetooth
В процесі встановлення та експлуатації каналу пристрій Bluetooth може перебувати в різних станах (трьох основних і семи проміжних). Основні стану: • неодружене стан - низьке енергоспоживання, працюють тільки годинник пристрої • стан з'єднання - пристрій підключено до пікомережі • стан парковки - стан підлеглого пристрою, від якого не потрібно участі в роботі пікомережі, але яке повинно залишатися її частиною Проміжні стану (для підключення до пікомережі нових підлеглих пристроїв): • опитування - визначення пристроєм наявності інших пристроїв в межах його досяжності • пошук опитування - очікування пристроєм опитування • відповідь на опитування - пристрій, що одержав опитування, відповідає на нього • запит - надсилається одним пристроєм іншому для встановлення з ним з'єднання (Звертається із запитом пристрій стає провідним, запитувана - підлеглим) • пошук запиту - пристрій очікує запит • відповідь підлеглого пристрою - підпорядковане пристрій відповідає на запит провідного • відповідь ведучого пристрою - ведучий пристрій відповідає підлеглому після отримання від нього відповіді на запит На рис. 5 приведена діаграма можливих переходів між станами пристрої Bluetooth.
Мал. 5. Діаграма переходів між станами Bluetooth
фізичні канали
Всі підлеглі пристрої пікомережі мають: • одінаковуюпоследовательностьперестройкічастоти, яка визначається адресою провідного пристрою (FDMA) • тимчасову синхронізацію з провідним пристроєм (TDD, TDMA) • код доступу до каналу, який визначається адресою провідного пристрою (CDMA) Таким чином, фізичний канал пікомережі визначається послідовністю перебудови частоти, значенням таймера ведучого пристрою і кодом доступу до каналу. Код доступу до каналу присутній спочатку кожного пакета. Кореляція сигналу з цим кодом поряд з послідовністю перебудови частоти і тимчасової синхронізацією визначає присутність корисного сигналу в даному фізичному каналі. Мал. 6 ілюструє підключення пристроїв Bluetooth до одного фізичного каналу.
У Bluetooth визначені 4 типи фізичних каналів: • основний фізичний канал пікомережі • адаптований фізичний канал пікомережі • фізичний канал пошуку опитування • фізичний канал пошуку запиту Відмінності адаптованого каналу пікомережі від основного: • підпорядковане пристрій відповідає провідному на тій же частоті • використовується менша кількість частот; псевдослучайная послідовність перебудови частоти та ж сама за винятком заміни невикористовуваних частот на дозволені частоти Канал пошуку опитування характеризується спеціальним кодом доступу до опитування, короткою псевдослучайной послідовністю з 32 частот, більш повільної (в порівнянні з каналами пікомережі) частотою стрибків для опитуваного пристрою і швидшої - для опитувального, при цьому опитуваних і опитуване пристрої не синхронізовані за часом. Канал пошуку запиту характеризується кодом доступу, який визначається адресою запитуваної пристрою, короткою псевдослучайной послідовністю з 32 частот, більш повільної (в порівнянні з каналами пікомережі) частотою стрибків для запитуваної пристрою і швидшої - для запитувача, при цьому звертається із запитом і запитувана пристрої можуть бути з деякою точністю синхронізовані по часу.
процедура опитування
З метою підключення до пікомережі підлеглих пристроїв ведучий пристрій, перш за все, виконує процедуру опитування визначення пристроєм наявності інших пристроїв в межах його досяжності. На рис. 7 а) -і) ілюструються етапи процедури опитування.
Опитування здійснюється за допомогою спеціальних ID-пакетів, які містять тільки код доступу до каналу пошуку опитування, який не залежить від адрес пристроїв. Швидкість перебудови частоти опитувального пристрої 3200 стрибків в секунду. Опитуване пристрій відповідає службовим пакетом FHS, що містить адресу і значення таймера відправника, через 625 s після прийому ID-пакета
Послідовність з 32 частот каналу пошуку опитування поділена на дві 16-частотні послідовності А і В, повторювані N раз. Після відповіді FHS-пакетом з метою уникнення колізій опитуване пристрій чекає випадкове кількість слотів перед поновленням сканування каналу.
процедура запиту
Після процедури опитування пристрій, яка виконала опитування, знає адреси і з деякою точністю значення таймерів пристроїв, які відгукнулися на опитування. Тепер для підключення будь-якого з опитаних пристроїв до пікомережі як підлеглого ведучий пристрій має випустити запит цьому пристрою. На рис. 10-11 показаний детальний механізм процедури запиту.
Запитні ID-пакети містять код доступу до запитуваного пристрою, який визначається його адресою. Швидкість перебудови частоти запитувача пристрої 3200 стрибків в секунду. Запитуюча пристрій посилає запитуваній для настройки на канал пікомережі пакет FHS через 625 s після отримання підтвердження прийому ID-пакета.
Як і при опитуванні, послідовність з 32 частот каналу пошуку запиту поділена на дві 16-частотні послідовності А і В, повторювані N раз. Оскільки пристрій, що робить запит, знає з деякою точністю значення годин запитуваної пристрою, послідовність А містить найбільш ймовірні частоти пошуку запиту, що дозволяє прискорити процедуру запиту.
типи трафіку
Залежно від сталості швидкості передачі даних розрізняють три типи трафіку: • асинхронний - не має строгих обмежень за часом доставки, різні частини трафіку можуть доставлятися з великим розкидом значень затримок (змінна швидкість передачі) • синхронний - послідовні частини трафіку доставляються через фіксовані інтервали часу (фіксована швидкість передачі) • ізохронний - середнє між синхронним і асинхронним, швидкість передачі може змінюватися в деяких обмежених межах Залежно від типу трафіку Bluetooth надає різні способи його доставки.
транспортна архітектура
На відміну від архітектури протоколів, транспортна архітектура Bluetooth являє собою вертикаль різнорівневих каналів, використовуваних для доставки даних. Транспортна архітектура показана на рис. 12-13.
Мал. 12. Транспортна архітектура Bluetooth На рис. 12 показано відповідність рівнів транспортної архітектури рівнями архітектури протоколів, а рис. 13 більш детально показує складові транспортної архітектури та зв'язку між ними. Фізичні канали. Розглянуто вище. Фізичне з'єднання. З'єднання типу "точка-точка" в базовій смузі частот між Bluetooth-пристроями. Не має уявлення в структурі пакета, може бути ідентифіковано шляхом асоціації з фізичним каналом і логічним транспортом. Має деякі властивості, такими як контроль потужності, шифрування та ін. ♦ Активне фізичне з'єднання - між ведучим і знаходяться в активному стані підлеглим пристроями ♦ Фізичне з'єднання в стані парковки - між ведучим і знаходяться стані парковки підлеглим пристроями Логічний транспорт (тип передачі). Визначає тип передачі даних (синхронна, асинхронна, широковещательная) по логічних каналах. Ідентифікується через заголовок пакета або заголовок корисного навантаження пакета.
Мал. 13. Складові транспортної архітектури Bluetooth У Bluetooth визначені наступні види логічного транспорту: ♦ ACL (Asynchronous Connection-oriented Logical transport - асинхронний з встановленням з'єднання). Призначений для доставки асинхронних даних користувача і сигналів управління протоколів LMP і L2CAP. Для забезпечення надійності передачі використовує просту 1-бітову схему ARQ (Automatic Repeat reQuest). Визначається адресою логічного транспорту (LT_ADDR), який призначається провідним пристроєм. ♦ SCO (Synchronous Connection-Oriented - синхронний з встановленням з'єднання) - симетричний канал для доставки синхронних даних користувача (потокове аудіо) зі швидкістю 64 кбіт / с за допомогою резервування тимчасових слотів. Має той же адреса LT_ADDR, що і ACL. ♦ eSCO (Extended Synchronous Connection-Oriented - розширений синхронний з встановленням з'єднання). Відрізняється від SCO тим, що підтримує кілька швидкостей передачі, повторну передачу пакетів (обмежену) і має власний, відмінний від ACL і SCO адреса LT_ADDR. ♦ ASB (Active Slave Broadcast - широкомовний для підлеглих пристроїв в активному режимі). Односторонній (від ведучого до підлеглих), широкомовний, без встановлення з'єднання канал. Використовується для передачі тільки призначених для користувача даних з рівня L2CAP всім підлеглим пристроїв пікомережі, що знаходяться в активному стані. Визначається нульовим адресою LT_ADDR. ♦ PSB (Parked Slave Broadcast - широкомовний для підлеглих пристроїв в режимі паркування). Односторонній (від ведучого до підлеглих), широкомовний, без встановлення з'єднання канал. Використовується для передачі керуючих сигналів і призначених для користувача даних з рівня L2CAP всім підлеглим пристроїв пікомережі, що знаходяться в стані парковки. Як і ASB, визначається нульовим адресою LT_ADDR.
Логічні канали. Призначені для передачі різних типів даних користувача і керуючих сигналів. Кожен логічний канал асоціюється з певним типом передачі (логічним транспортом), які мають певні характеристики. ♦ Канал управління LC (Link Control). Призначений для передачі керуючих сигналів протоколу LC (контролера каналу). Відображається на заголовок пакетів (крім ID-пакета). ♦ Канал управління ACL-C (ACL Control). Призначений для передачі керуючих сигналів протоколу LMP. Використовує ACL або PSB типи передачі. ♦ Призначений для користувача канал ACL-U (User Asynchronous / Isochronous). Використовується для передачі асинхронних і ізохронних даних користувача. Використовує всі типи передачі, крім SCO / eSCO. ♦ Потокові призначені для користувача канали SCO-S / eSCO-S (User Synchronous / Extended Synchronous). Призначені для передачі синхронних потокових даних. Канали L2CAP. Відображаються на логічні канали ACL-U і ASB-U, дозволяючи ділити їх між багатьма різними додатками. ♦ Канали "точка-точка" (З встановленням з'єднання) - для передачі даних між двома додатками ♦ Широкомовні (групові) канали - для передачі даних між декількома додатками. Можуть бути як з встановленням з'єднання (послідовна передача по каналах ACL-U), так і без встановлення (передача по каналу ASB-U). У таблиці 2 зведено всі типи логічного транспорту, підтримувані ними типи логічних каналів, відповідні їм типи фізичних каналів і з'єднань і призначення логічного транспорту. Таблиця 2.
Режими роботи Bluetooth
• Активний режим. Підпорядковане пристрій бере активну участь в роботі пікомережі, чекаючи, передаючи і приймаючи пакети. Провідний пристрій періодично передає підлеглому пристрою пакети для підтримки синхронізації. • Режим утримання. Пристрій не підтримує роботу з асинхронним каналам, але може брати участь в обміні по каналах SCO / eSCO. У періоди неактивності пристрій може переходити в режим зниженого енергоспоживання, робити опитування, запити, сканувати пошукові канали або брати участь в роботі іншого пікомережі. Режим утримання активним протягом заздалегідь визначеного часу, після закінчення якого пристрій повертається в попередній режим. • Режим підслуховування. Для передачі підлеглому пристрою, що знаходиться в режимі підслуховування, ведучий пристрій виділяє по каналах ACL менше слотів, ніж зазвичай. Доступність синхронних каналів SCO і eSCO при цьому не зменшується. У періоди неактивності ACL-каналу пристрій може перемикатися на інший фізичний канал (інша пікомережа) або переходити в режим енергозбереження. • Режим підвищеної швидкості передачі (EDR - Enhanced Data Rate). В даному режимі пристрій може обмінюватися інформацією по каналах ACL-U і eSCO-S з підвищеною швидкістю (до 3 Мбіт / с) і підтримувати додаткові типи пакетів.
Формат пакетів Bluetooth
На рис. 14 показаний загальний формат пакетів Bluetooth.
Мал. 14. Структура пакетів Bluetooth Кожен пакет включає тільки ті поля, які необхідні для подання рівнів, задіяних при передачі. Код доступу до каналу містять всі типи пакетів.
На рис. 15 наведено формат коду доступу до каналу, який присутній у всіх без винятку пакетах Bluetooth.
Мал. 15. Формат коду доступу до каналу
Хвіст в коді доступу присутній, коли присутній заголовок пакета. Преамбула і хвіст використовуються для компенсації постійного зміщення в сигналі. Сінхрослово формується з LAP-частини адреси ведучого або підлеглого пристрою або спеціальних зарезервованих значень LAP в залежності від призначення пакета. На рис. 16 показаний формат заголовка пакета (перед кодуванням).
Мал. 16. Формат заголовка пакета Поля заголовка пакета мають наступні призначення: • LT_ADDR3-бітову адресу логічного транспорту • TYPE4-бітовий код пакету • FLOW1-бітовий прапор для управління потоком даних (З метою запобігання переповнення вхідного буфера) • ARQN1-бітовий індикатор підтвердження правильного прийому поля корисного навантаження (перевірка помилок по CRC) • SEQN1-бітовий індикатор послідовності (застосовується для упорядкування послідовності пакетів) • НЕС8-бітовий код для перевірки наявності помилок в заголовку пакету Для SCO- і eSCO-пакетів заголовок корисного навантаження відсутня. Формат заголовка корисного навантаження для 1-слотових ACL-пакетів в режимі звичайної швидкості наведено на рис. 17.
Мал. 17 Поля на рис. 17 мають наступні призначення: • LLID2-бітову адресу логічного каналу • FLOWфлаг для управління потоком даних логічного каналу на рівні L2CAP • LENGTHдліна поля корисною навантаження Формат заголовка корисного навантаження для многослотових ACL-пакетів в режимі звичайної швидкості і для всіх пакетів в режимі EDR зображений на рис. 18.
Мал. 18 Поле RESERVED на рис. 18 зарезервовано для використання в майбутньому.
Значення LLID (Logical Link Identifier - адреса логічного каналу) представлені в таблиці 3. Таблиця 3.
Для інших логічних каналів LLID не використовується.
типи пакетів Пакети Bluetooth діляться на пакети загального типу (системні керуючі пакети), ACL-пакети (для передачі асинхронного трафіку і сигналів управління) і SCO / eSCO- пакети (для передачі синхронних і ізохронних даних). У таблиці 4 наведені назви і характеристики пакетів загального типу. Таблиця 4.
• ID-пакет. Містить тільки код доступу до каналу. • NULL-пакет. Складається з коду доступу до каналу і заголовка пакета. Використовується для посилки прапорів ARQN і FLOW. Може не підтверджуватися. • POLL-пакет. Складається з коду доступу до каналу і заголовка пакета. Використовується провідним пристроєм для опитування підлеглих пристроїв. Повинен бути підтверджений. • FHS-пакет. Крім коду доступу до каналу і заголовка пакета містить 240 біт корисного навантаження (кодованої зі ступенем 2/3) і поле CRC. Корисне навантаження містить адресу і значення таймера відправника і деяку іншу інформацію, що управляє. Використовується при опитуванні, запиті і в процедурі перемикання провідний / підлеглий. Таблиця 5 містить назви та характеристики пакетів ACL-пакетів. Таблиця 5.
