6282

известным как COM-порты). Он обеспечивает также транспортировку при выполнении услуг верхнего уровня, которые используют последовательную линию как транспортный механизм. Через него работает такие службы как, например,LAN Access. Эта служба может работать как эмуляция Direct cable Connection, когда надо обеспечить связь между всего двумя PC, так и использоваться для полноценного входа в уже существующую локальную сеть. Во втором случае используется устройство под названием LAN Access point, через которое компьютер с Bluetooth оказывается подключен к LAN так, как он мог бы подключиться через dial-up соединение.

Контроль телефонии

Двоичный протокол управления телефонией (TCS Binary или TCS BIN) — протокол, ориентированный на биты. Он определяет контроль сигнализации вызова для установления речевого вызова или вызова данных между устройствами Bluetooth. Вдобавок он определяет процедуры управления мобильностью при манипулировании с группами TCS-приборов Bluetooth.

Управление телефонией — команды АТ

Группа специальных интересов Bluetooth SIG определила набор АТ-команд, с помощью которых можно управлять мобильным телефоном или модемом в режиме моделей мультииспользования.

Команды, используемые при FAX-услугах, специфицируются реализацией. Это могут быть FAX-услуги класса 1.0 и класса 2.0.

Voice или Bluetooth audio

Voice или Bluetooth audio одна из служб Bluetooth которая использует синхронное соединение. Как уже говорилось, одновременно может передаваться до 3 аудиоканалов. Характеристики звуковых потоков могут различаться, и во многом определяются используемым приложением. Максимально звуковой поток может передаваться с точностью в 16 бит при sampling rate 48 кГц. К сожалению, характеристики Bluetooth не позволяют передавать видеоинформацию с нормальным качеством.

Обычно для передачи аудиоинформации используется специальный протокол, который работает непосредственно с baseband protocol, но для этого с успехом может применяться и L2CAP. L2CAP предоставляет меньше возможностей для передачи аудио информации, чем Bluetooth voice, но этот метод незаменим, когда необходимо, к примеру, обмениваться аудиоинформацией между Bluetooth и не Bluetooth сетями. Кроме этого, данный метод хорош, когда требуется дополнительная защита данных. Bluetooth может обеспечить ещё более надёжную защиту, при большем удобстве и меньшей стоимости.

Протокол точка-точка

В технологии Bluetooth протокол PPP (point-to point protocol) должен работать

«поверх» RFCOMM. Соединения PPP служат средством, позволяющим перемещать IPпакеты с уровня РРР на уровень локальных сетей.

Протокол TCP/UDP/IP

В настоящее время семейство протоколов TCP/IP используется наиболее широко во всем мире. Стеки TCP/IP установлены на самых разных устройствах. Встраивание этих стандартов в приборы Bluetooth позволяет осуществлять связь с любым другим устройством, подключенным к Internet. Такой прибор Bluetooth, будь то сотовый головной комплект «наушники - микрофон» или точка доступа к данным, используется затем как

«мостик» к Internet.

TCP/IP/PPP используется во всех сценариях спецификации Bluetooth 1.0 как мостик к Internet, а также как транспортный механизм для протокола WAP.

Протокол OBEX

Протокол IrOBEX (Infrared Objet Exchange Protocol) или, короче, OBEX, является сеансовым протоколом, разработанным ассоциацией IrDA для простого, поэтапного обмена объектами. OBEX, обеспечивающий функциональность, сходную с НТТР, использует модель клиента-сервера не зависит ни от транспортного механизма, ни от транспортного API-интерфейса. Наряду с самим протоколом — «грамматикой» для ОВЕХ-переговоров между приборами — ОВЕХ дает также модель для представления объектов и операций. Вдобавок ОВЕХ определяет оглавление папок, которое используется для просмотра содержимого папок, находящихся на удаленных устройствах.

На первом этапе протокол RFCOMM используется как единственный транспортный слой для ОВЕХ; более поздние реализации скорее всего будут поддерживать в качестве транспорта также и TCP/IP.

Формат содержимого

Форматы vCard (обмен электронными деловыми карточками) и vCalendar (обмен электронными календарными данными) являются открытыми спецификациями, которые были разработаны консорциумом Versit и контролируются сегодня консорциумом Internet Mail. Сами по себе vCard и vCalendar не определяют никакого транспортного механизма. Они определяют только форматы данных, которые должны транспортироваться.

Два других формата содержимого, которые передаются протоколом OBEX, — это форматы vMessage («сообщение») и vNote («заметка»). Они также являются открытыми стандартами и используются для обмена сообщениями и замечаниями. Они определены в спецификации Инфракрасных мобильных коммуникаций (IrMC — Infrared Mobile Communications). Там же определен формат журнальных файлов, который необходим для синхронизации данных между отдельными приборами.

Протокол беспроводных приложений

Протокол беспроводных приложений (WAP — Wireless Application Protocol), разработанный Форумом WAP, должен работать в самых разнообразных беспроводных сетях.

Цель состоит в том, чтобы распространить содержимое сети Internet и ее телефонные услуги на цифровые сотовые телефоны и на другие беспроводные терминалы

Идея, стоящая за разработкой WAP, — повторно использовать приложения верхнего уровня, разработанные для среды WAE (WAP Application Environment).

К таким приложениям относятся браузеры WML и WTA, способные взаимодействовать с приложениями на ПК. Построение шлюзов для приложений, обеспечивающих связь между WAP-серверами и приложениями на ПК позволяет реализовать различные виды «скрытой» функциональности, такие как дистанционное управление, передача данных с ПК на телефонную гарнитуру и т.д.

Модели использования

Использование «Синего Зуба» облегчается разработкой моделей использования. Каждая модель использования сопровождается ее «профилем». Профиль определяет протоколы и их специальные свойства (feature), поддерживающие данную модель использования.

Группа специального интереса Bluetooth SIG определила значительный набор моделей использования совместно с их профилями.

Кроме того, имеются четыре профиля «общего назначения», которые широко используются в более специальных профилях.

К ним относятся:

GAP — типовой профиль доступа;

SPP — профиль последовательного порта;

SDAP — профиль обнаружения прикладных услуг;

GOEP — профиль общего назначения для обмена объектами.

Завершение протокольной архитектуры Bluetooth

Протоколы Bluetooth предназначены для быстрой разработки прикладных задач, использующих эту технологию. Нижние уровни протокольного стека Bluetooth спроектированы так, чтобы обеспечить гибкую основу для дальнейшей разработки протоколов. Другие протоколы, такие как RFCOMM, полученные адаптацией существующих протоколов, которые лишь слегка модифицируются для этих целей. Протоколы верхнего уровня используются без модификации. Благодаря такому подходу существующие прикладные задачи могут использоваться для работы с технологией Bluetooth, а интероперабельность достигается с минимальными усилиями.

Спецификация

Спецификация Bluetooth состоит из двух частей: Core («сердцевина») и Profiles («профили»). Им посвящены соответственно первый и второй тома спецификации. Их объем, округленно, — 1100 и 450 страниц. Кроме того, имеется еще несколько материалов, посвященных идеологии отдельных вопросов: в том числе — бумаги по протокольной архитектуре «Синего Зуба» и по его архитектуре безопасности.

Часть Core состоит из пяти частей:

часть А: радио спецификация;

часть В: спецификация основной полосы;

часть С: протокол Link Manager;

часть D: спецификация протокола Logical Link Control and Adaptation;

часть Е: протокол обнаружения услуг Service Discovery Protocol.

Кроме того, имеются три части добавлений, маркируемых как части: F:1, F:2, F:3, F:4; H:1, H:2, H:3, H:4; I:1, I:2, I:3, а также девять приложений: Appendix: I — IX. Дадим выборочно более подробные характеристики этих добавлений и приложений.

Часть F:1 — RFCOMM со стандартом TS 07.10.

RFCOMM — простой транспортный протокол, обеспечивающий эмуляцию последовательных портов над протоколом L2 CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol). RFCOMM основан на стандарте TS 07.10; протокол поддерживает только некоторые подмножества TS 07.10.

Часть F:2 — Интероперабельность IrDA.

Ассоциация инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association) в апреле

1999 года выпустила спецификацию протокола IrOBEX (IrDA Object Exchange Protocol —

протокол обмена объектами IrDA).

Цель документа F:2 состоит в том, чтобы сделать возможной разработку приложений, которые будут функционировать как в коротковолновом диапазоне (shortrange RF), так и в инфракрасной среде (IR media). Каждая из этих двух сред имеет свои преимущества и недостатки.

Вместо того чтобы фрагментировать область приложений, F:2 определяет «пересечение», в котором могут сходиться приложения Bluetooth и IrDA. Этим пересечением и является IrOBEX.

IrOBEX — сеансовый протокол. Этот протокол используется теперь и технологией Bluetooth, позволяя приложениям использовать либо радио-технологию самого Bluetooth, либо инфракрасную технологию IrDA. Однако хотя и IrDA, и Bluetooth рассчитаны на беспроводную связь, они имеют фундаментальные различия, относящиеся к протоколам нижнего уровня. Поэтому F:2 определяет, каким образом IrOBEX (коротко, OBEX) отображается на RFCOMM и TCP/IP. Первоначально этот протокол был разработан для обмена объектами инфракрасной связи и был помещен внутри иерархии протоколов IrDA.

Однако он может появляться над другими транспортными слоями, в данном случае — над

RFCOMM и TCP/IP.

Спецификация протокола IrOBEX, выпущенная ассоциацией IrDA, дает модель представления объектов и сеансового протокола, которая структурирует диалог между двумя приборами. Протокол IrOBEX следует диалоговой парадигме «запрос-ответ» (request-response) модели клиент-сервер. Bluetooth определяет IrOBEX только в режиме, ориентированном на установление соединений (connection oriented), хотя IrDA определила его и в режиме без установления соединений (connectionless). Причина в том, что IrOBEX отображается на протоколы архитектуры Bluetooth, ориентированные на установление соединений.

Часть F:3 — Спецификация протокола Telephone Control Protocol Specification.

Часть F:4 — Требование интероперабельности системы Bluetooth как носителя WAP. Часть H:1 — Функциональная спецификация интерфейса с контроллером головной

машины.

Часть H:2 — Транспортный слой HCI USB.

Этот документ рассматривает требования со стороны интерфейса универсальной последовательной шины USB к аппаратуре Bluetooth.

Часть H:3 — Транспортный слой HCI RS232.

Часть Н:4 — Транспортный слой HCI UART.

Документы I:1, I:2, I:3 относятся к вопросам тестирования.

Часть I:1 — Тестовый режим Bluetooth. Конфигурация состоит из тестируемого прибора (DUT — Device Under Test) и тестера.

Тестер и тестируемый прибор образуют пикосеть, в которой тестер играет роль ведущего устройства, а тестируемый прибор — ведомого. Тестер имеет полный контроль над всей процедурой тестирования. Контроль осуществляется через эфирный интерфейс с помощью команд протокола LMP. Аппаратные интерфейсы с тестируемым устройством могут существовать, но они не являются объектом стандартизации.

Тестовый режим является специальным состоянием модели Bluetooth.

Когда тестируемый прибор выходит из тестового режима, он входит в состояние ожидания. После отключения питания прибор должен войти в состояние ожидания. Активация прибора может выполняться локально (через аппаратный или локальный интерфейс) или через эфирный интерфейс.

В документе приводится описание тестовых команд и сценариев. Часть I:2 — Требование совместимости со спецификацией Bluetooth.

Документ I:2 регламентирует организационные и правовые вопросы функционирования движения Bluetooth. В нем различаются две категории участников движения Bluetooth. Они подписывают соответствующие соглашения (соглашение промоутера и соглашение воспреемника) и получают те или иные лицензии.

Документ специфицирует требования, которым должно удовлетворять изделие, чтобы быть «совместимым со спецификацией». Кроме того, он дает описание Программы квалификации Bluetooth. Требования, выдвигаемые отдельными правительствами, в документ не входят.

В документе используется специальный глоссарий из 16 терминов, относящихся к совместимости, в том числе спецификация протокола, спецификация профиля, процесс квалификации Bluetooth (рис. 8).

Рис. 8.8. Схема квалификационного процесса Bluetooth

BQTF — установка тестирования квалификации Bluetooth Qualification Tooth Facility; BQA — администратор квалификации Bluetooth Qualification Administrator; BQB — квалификатор Bluetooth Qualification Bod.

Резюме процесса квалификации

Организация - восприемник передает изделие, подлежащее квалификации Bluetooth, на тестовую установку BQTF. Изготовитель должен укомплектовать изделие временными интерфейсами и функциональными устройствами, обеспечивающими саму возможность тестирования. BQTF не обязана обеспечивать «вторичные системы», такие как локальные сети, телефонные сети общего доступа или сети GSM.

Должна быть предоставлена необходимая документация, а именно описание изделия, руководство пользователя и декларация совместимости (Implementation Conformance Statement). Установка BQTF проверяет каждую заявленную в декларации возможность «в соответствии с текущей спецификацией соответствующего теста и политикой, проводимой бюро BQRB. Результаты тестирования и документация по изделию посылаются уполномоченному лицу BQB с заявкой на включение изделия в список «Квалифицированных изделий Bluetooth».

Уполномоченное лицо BQB выпускает Записку о квалифицированном изделии и с разрешения заявителя помещает изделие в базу данных Квалифицированных изделий, в которой с ним может ознакомиться любая другая организация.

Установка BQTF может быть «тестовой палатой» третьей фирмы, или же внутрифирменным подразделением заявителя. Уполномоченное лицо BQB также может быть внешним или внутренним. Как «установка», так и «лицо» должны быть авторизованы бюро BQRD.

Услуги BQTF и BQB не являются бесплатными; заявитель возмещает им расходы и оплачивает все их услуги. Подписание соглашений с BQTF, BQB и, возможно, с BQA о неразглашении информации об изделии, входит в компетенцию заявителя. Бюро BQRD выставляет также счет за каждое квалифицированное изделие. Первоначально устанавливается плата в размере 3 тыс. долл., в дальнейшем она будет раз в год пересматриваться в соответствии с фактическими затратами.

Часть I:3 — Интерфейс управления тестированием.

Настали времена, когда каждый стремится спроектировать собственную расширяющую плату. На материнских платах и на расширяющих платах размещаются «заказные» микросхемы все более богатой функциональности.

Девять приложений, которыми заканчивается первый том спецификаций, таковы. Приложение I — История версий.

Приложение II — Разработчики.

Приложение III — Сокращения. Приложение IV — Образцы данных. Приложение V — Аудио Bluetooth. Приложение VI — Таймеры Bluetooth.

Приложение VII — Опциональная схема пейджинга. Приложение VIII — Присвоение номера. Приложение IX — Последовательности сообщений. Второй том состоит из 13 профилей:

часть К:1 — Профиль общего доступа; часть К:2 — Профиль приложения обнаружения услуг;

часть К:3 — Профиль беспроводной телефонии; часть К:4 — Профиль Intercom;

часть К:5 — Профиль последовательного порта; часть К:6 — Профиль головного комплекта;

часть К:7 — Профиль коммутируемого выхода на сеть; часть К:8 — Профиль факса; часть К:9 — Профиль доступа к локальной сети;

часть К:10 — Профиль общего обмена объектами; часть К:11 — Профиль помещения объекта в стек; часть К:12 — Профиль передачи файлов; часть К:13 — Профиль синхронизации.

Второй том заканчивается тремя приложениями и указателем.

Спецификация Bluetooth сопровождается дополнительными документами технической политики: «Архитектура протокола Bluetooth», «Архитектура системы безопасности Bluetooth», «Архитектура слоя обнаружения услуг Bluetooth».

Часть А спецификации посвящена характеристикам трансивера, работающего на частоте 2,4 ГГц в режиме прыгающих частот. Полоса 2400-2483,5 МГц характеризуется как промышленно-научно-медицинская. В спецификации указываются особые требования отдельных регионов (Испания, Франция, Япония). Какие-либо упоминания о России отсутствуют.

Значительный интерес представляет крупная часть В. Здесь дается определение Bluetooth как радио-звена (radio-link) ближнего действия, предназначенного для замены кабелей, подключающих портативные и фиксированные электрические приборы. Bluetooth действует в нелицензируемой ISM полосе на частоте 2.4 ГГц. Для борьбы с интерференцией и федингом применяется прыгающая частота трансивера. Для полной дуплексной передачи используется схема TDD (Time Division Duplex — «дуплекс с временным разделением»).

В системах Bluetooth определятся пять типов логических каналов: канал управления соединением LC (Link Control); канал передачи информации между диспетчерами связи ведущего и ведомых услуг LM (Link Manager); асинхронный и изохронный каналы пользовательских данных UA/UI; канал синхронных данных пользователя US, реализуемый на связи SCO.

Элементная база Bluetooth

Одно из необходимых условий успеха такой технологии, как Bluetooth – недорогая программно-аппаратная реализация. Это тем более важно, что для многих устройств беспроводное соединение – это фактически дополнительная, хотя и важная функция. И стоить она должна соответственно. Однако в случае успеха объем потенциального рынка весьма соблазнителен. И ведущие мировые производители интегральных компонентов не

замедлили сделать ставки. Причем столь резво, что выявить лидера крайне затруднительно, поскольку о своем первенстве заявляют многие.

Рис. 8.9. Структура устройства Bluetooth

Столь быстрому старту немало способствовала простота структуры устройств Bluetooth (рис. 8.9). В их состав входят радиомодуль-трансивер, контроллер связи (он же baseband - процессор) и управляющее связью устройство, собственно реализующее протоколы Bluetooth верхних уровней, а также интерфейс с терминальным устройством. Причем если трансивер и контроллер связи (в первых чипсетах для Bluetooth) – это специализированные микросхемы (интегральные или гибридные), то устройство управления связью реализуют на стандартных микроконтроллерах, сигнальных процессорах либо его функции поддерживают центральные процессоры мощных терминальных устройств (например, ноутбуков). Кроме того, в устройствах Bluetooth применяют ИС, используемые в других приложениях, поскольку 2-МГц диапазон освоен достаточно хорошо, а заложенные в Bluetooth технические решения сами по себе особой новизны не содержат. В самом деле, схема модуляции – широко распространенная, технология расширения спектра методом частотных скачков хорошо отработана, мощность мала

Рис. 8.10. Структурная схема Bluetooth-контроллера PCD 87550

Рис. 8.11. Структура устройства Bluetooth с PCD 87550

Поэтому неудивительно, что первые чипсеты для Bluetooth включали ИС, хорошо знакомые по другим приложениям. Так, одной из первых свое решение для Bluetooth представила фирма Philips Semiconductors, предложив комплект ИС, включающий четыре микросхемы – синтезатор UMA1022, усилитель мощности SA2410, схему модуляции SA639 и трансивер SA2420. Две из них – UMA1022 и SA639 – используются в DECT-

устройствах, да и остальные достаточно универсальны. Однако вскоре Philips предложила специализированный чипсет, поддерживающий спецификацию Bluetooth 1.0. Он включает однокристальный трансивер UAA3558, основанный на оригинальной технологии “низкой промежуточной частоты” (изначально создавался для DECT!), и baseband-процессор серии VWS2600х. Процессор VWS26002 может работать и с трансивером компании Ericsson PBA 313, он содержит ядро 32-разрядного RISC-микроконтроллера ARM7 TDMI (компании ARM), кодек голоса, поддерживает интерфейсы UART, USB, PCM и I2С. Изготавливается процессор по 0,25-мкм КМОП-технологии, поэтому характеризуется малой потребляемой мощностью и низким напряжением: 1,8–2,5 В для цифрового ядра и 2,5–3,3 В для портов ввода/вывода. Вскоре должен стать доступным и перспективный baseband-процессор компании Philips – PCD 87550 (рис. 8.10). При этом структура Bluetooth-адаптера упрощается еще больше (рис. 8.11). А в недалеком будущем Philips намерена выпустить однокристальную схему, интегрирующую трансивер, схему сопряжения с аналоговой частью и baseband-процессор.

Рис. 8.12. Структура трансивера Т2901

Список основных сокращений: DAC Digital to Analog Converter GND Ground (signal/system) LNA Low Noise AmplifierMCC Master Control ConsolePU Physical Unit (SNA) RAMP Remote Access Maintenance Protocol VCO Voltage Controlled Oscillator

Вообще следует отметить, что ядро ARM TDMI применяется в baseband-процессорах многих фирм. Так, оно интегрировано в Bluetooth baseband-процессор фирмы Ericsson. На основе этого ядра построен и однокристальный контроллер Bluetooth компании Atmel AT76C551. Его структура во многом аналогична приведенной на рис. 10. Atmel предлагает чипсет, включающий данный контроллер и однокристальный трансивер T2901 компании Temic Semiconductors (которая теперь вошла в состав Atmel). Структура Т2901 представлена на рис. 8.12. Трансивер Т2901 обеспечивает радиус действия до 10 м. Если его надо увеличить до 100 м, Atmel предлагает SiGe ИС Т7024 (также бывшей Temic Semiconductors), включающей малошумящий предусилитель и 23-dBm усилитель мощности (рис. 8.13).

В отличие от упомянутых выше монолитных ИС, трансивер компании Ericsson PBA31301, хотя и основан на специализированной БиКМОП ИС, но является гибридным модулем, собранным на многослойной керамической подложке (шесть слоев металлизации). В 100-Вт исполнении размеры модуля–10,2х16х1,6 мм.

Рис. 8.13. Структура ИС T7024

Список основных сокращений: GND Ground (signal/system) LNA Low Noise Amplifier

RAMP Remote Access Maintenance Protocol

Компания Lucent Technologies также производит чипсет для Bluetooth, содержащий однокристальный передатчик W7020 с низкой потребляемой мощностью (напряжение питания – до 2,7 В), и baseband-контроллер W7400. Свой комплект ИС Odissey выпустила и фирма Silicon Wave. В него входят ИС радиомодема SiW1501 и контроллер связи

SiW1601.

Не осталась в стороне и National Semiconductor. Ее чипсет состоит из трансивера со встроенным ФАПЧ LMX3162 и контроллера связи LMX5001. Как и в случае чипсета Odissey, при реализации Bluetooth-устройств на базе этого комплекта схем необходим процессор, выполняющий функции управления связи. Им может быть центральный процессор компьютера или, например, сигнальный процессор ADSP-218х (Analog Devices) с соответствующим программным обеспечением.

Кроме комплектов микросхем, ряд фирм, среди которых Philips и Ericsson, производят конструктивно законченные Bluetooth-модули.

Техническое решение проблемы беспроводной вычислительной сети отработано достаточно давно – стандарт IEEE 802.11, радио-Ethernet, предоставляет широкие возможности для построения профессиональных сетей со скоростью обмена до 11 Мбит/с в нелицензируемом в ряде стран диапазоне ISM (900, 2400 и 5800 МГц). Он же определяет соединения в ИК-диапазоне (до 16 Мбит/с). Основной недостаток IEEE 802.11относительно высокая сложность и стоимость оборудования. Однако на базе данной спецификации были разработаны беспроводные технологии Bluetooth и HomeRF (SWAP)

– более простые и дешевые решения для потребительского рынка.

Таблица 8.3. Сравнительные характеристики технологий Bluetooth и HomeRF

Спецификация Shared Wireless Access Protocol (SWAP), основной конкурент технологии Bluetooth, предложена группой HomeRF, в которую входят такие гиганты, как Compaq, Ericsson, Hewlett-Packard, Intel и Microsoft. Сравнительные характеристики Bluetooth и HomeRF представлены в табл. 3. Технически это очень близкие системы, что неудивительно, поскольку у них общий “прародитель” – IEEE 802.11. Однако если предлагаемая группой HomeRF локальная сеть – фактически беспроводной аналог домашней сети HomePNA, где все устройства взаимодействуют через компьютер (компьютеры), то идеология Bluetooth иная – это универсальный радиоинтерфейс, связывающий самые разные устройства друг с другом и не требующий дорогой аппаратной поддержки.

Давайте теперь сравним Bluetooth со своим прародителем - IEEE 802.11.Основные различия между ними можно свести к следующему:

Таблица 8.4. Основные различия технологий Bluetooth и IEEE 802.11

Как легко заметить, интерфейс Bluetooth намного лучше приспособлен для использования в тех беспроводных устройствах связи, где требуется достаточно низкая цена, нет необходимости в высоких скоростях и желательно низкое энергопотребление. Однако, как уже отмечалось, возможно создание комбинированных сетей, тем более что IEEE 802.11 работает совершенно по другому принципу кодирования передаваемых данных, следовательно, находясь на одной и той же рабочей частоте, оба стандарта будут слышать друг друга физически, но чужие сигналы будут расценены каждым из них как посторонний шум.