Семейство стандартов IEEE 80215 Bluetooth IEEE 802151 (стр. 1 из 5)
ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ
Общие сведения о Bluetooth’е. Что это такое. 3
Ultra Wideband (IEEE 802.15.4 a/b) 23
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Семейство стандартов IEEE 802.15
Bluetooth (IEEE 802.15.1)
Подготовил: студент 4 курса 4 группы Жучков Д. В.
Проверил: Положенцев Е. В
27.04.2010
Ростов-на-Дону
Содержание
Введение
Семейство стандартов IEEE 802.15 образует беспроводную сеть WPAN (Wireless Personal Area Network) которая обеспечивает беспроводную связь между различного типа устройствами на небольших растояниях. Стандарты, которые входят с это семейство - это Bluetooth (IEEE 802.15.1), IEEE 802.15.3, ZigBee (IEEE 802.15.4) и UWB (Ultra Wideband) (IEEE 802.15.4a/b).
Рис1. Стандарты беспроводной связи
В данной работе больше всего хотел бы уделить внимание первому стандарту, т.е. Bluetooth (IEEE 802.15.1), поскольку сам связана с ним по работе, но остальные стандарты не хотелось бы оставить без внимания, поэтому опишу их в кратце. Bluetooth (IEEE 802.15.1)
Общие сведения о Bluetooth’е. Что это такое.
Bluetooth – это беспроводная технология, являющаяся стандартом, который обеспечивает беспроводную передачу данных на небольших расстояниях между мобильными персональными компьютерами, мобильными телефонами и другими устройствами в режиме реального времени как цифровых данных, так и звуковых сигналов. Стандарт IEEE 802.15.1 базируется на спецификациях Bluetooth v. 1.х. Bluetooth - это недорогой радиоинтерфейс с низким уровнем энергопотребления (порядком 1 mW). Сначала дальность действия Bluetooth была в радиусе 10 м, позже увеличилось до 100 м. Для работы Bluetooth истользуетс так называемый нижний 2,45 ГГц диапазон ISM (industrial, scientific, medical), который предназначен для работы промышленных, научных и медицинских приборов.
Радиоканал обладает полной пропускной способностью в 1 Мбит/с, что обеспечивает создание ассиметричного канала передачи данных на скоростях 723,3/57,6 Кбит/с или полнодуплексного канала на скорости 433,9 Кбит/с. Спецификация Bluetooth описывает пакетный способ передачи данных с временным мультиплексированием. Радиообмен происходит в полосе частот 2400 – 2483,5 МГц ISM-диапазона. В радиотракте применен метод расширения спектра путем скачкообразной перестройки частоты (FHSS – Fast rate frequency hoping) и двухуровневая частотная модуляция с фильтром Гаусса (GFSK - Gaussian Frequency Shift Keying). Метод частотных скачков подразумевает, что вся отведенная для передачи полоса частот подразделяется на определенное количество подканалов шириной 1 МГц каждый. Канал представляет собой псевдослучайную последовательность скачков по 79 или 23 радиочастотным подканалам. Каждый канал делится на временные сегменты продолжительностью 625 мкс, причем каждому сегменту соответствует определенный подканал. Передатчик в каждый момент времени использует только один подканал. Эти скачки происходят синхронно в передатчике и приемнике в заранее зафиксированной псевдослучайной последовательности. За секунду может происходить до 1600 частотных скачков. Мощность передатчика делится на 3 класса: 1)100 mW (20 dBm) 2) 2.5 mW(4 dBm) 3) 1mW (0dBm). Такой метод обеспечивает конфиденциальность и некоторую помехозащищенность передач. Помехозащищенность обеспечивается тем, что если на каком-либо подканале передаваемый пакет не смог быть принят, то приемник сообщает об этом и передача пакета повторяется на одном из следующих подканалов, уже на другой частоте.
Типы соединения
Протокол Bluetooth поддерживает соединения типа точка-точка, также и соединения типа точка-многоточка. Два устройства или более, которые используют один и тот же канал образуют пикосеть (piconet). Одно из устройств работает как основное (мастер) (master), а остальные – как подчиненные (slave) устройства. В одной пикосети может быть до восьми активных подчиненных устройств, при этом остальные подчиненные устройства находятся в состоянии "парковки", которые синхронизированны с основным устройством. На расстоянии 10 м может существовать до 10 пикосетей.
“Распределенную сеть” (scatternet) образуют взаимодействующие пикосети. В каждой пикосети действует только одно основное устройство, но подчиненные устройства могут входить в различные пикосети. Помимо этого, основное устройство одной пикосети может быть подчиненным устройством в другой.
Рис. 2. Различные виды пикосети Bluetooth
Из этого следует, что в распределенную сеть могут объединяться столько Bluetooth устройств, сколько необходимо. Логические связи могут образовываться как это требуется и также могут изменяться, если это необходимо, как угодно. Но необходимо учесть, что различные пикосети, которые принадлежат одной разпределенной сети, должны иметь разные каналы связи ( различные последовательности частотных скачков и работать на различных частотах). Частотные скачки - это регулярная смена частот, происходящая в определенной последовательности. В одной пикосети все устройства синхронизированы по времени и частотам. Последовательность скачков уникальна для каждой пикосети и она определяется адресом и часами ее основного устройства. Длина цикла псевдослучайной последовательности – 227 элементов.
Передача данных Bluetooth
В стандарте Bluetooth предусмотрена дуплексная передача на основе разделения времени (Time Division Duplexing - TDD). Основное устройство передает пакеты в нечетные временные сегменты, а подчиненное устройство – в четные.
Рис.3. Дуплексная передача с временным разделением.
Пакеты в зависимости от длины могут занимать до пяти временных сегментов. При этом частота канала не меняется до окончания передачи пакета.
Рис.4. Передача пакетов различной длины.
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 голоса. Скорость каждого голосового 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 – Synchronous Connection Oriented) 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, подчиненное – до трех синхронных соединений с одним основным устройством или до двух – с разными основными устройствами. 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 – Asynchronous Connection Less) используются временные сегменты, не зарезервированные для синхронного соединения. Асинхронное соединение возможно между основным и всеми активными подчиненными устройствами в пикосети (точка - многоточка). 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 пакет от основного устройства. Если в адресном поле ACL-пакета адрес не указан, пакет считается “широковещательным” – его могут принимать все устройства. Асинхронное соединение позволяет повторно передавать пакеты, принятые с ошибками.
Структура пакета
Стандартный пакет Bluetooth содержит код доступа длиной 72 бита, 54-битный заголовок и информационное поле длиной не более 2745 бит. 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. 5. Структура пакета.
Код доступа
Код доступа идентифицирует пакеты, принадлежащие одной пикосети, а также используется для синхронизации и процедуры запросов. Он включает преамбулу (4 бита), синхрослово (64 бита) и концевик – 4 бита контрольной суммы.
Заголовок
Заголовок содержит информацию для управления связью и состоит из шести полей: Адрес (3 бита) - адрес активного элемента;
Тип (4 бита) - код типа данных;
Поток (1 бит) - управление потоком данных, показывает готовность устройства к приему;
ARQ (1 бит) - подтверждение правильного приема;
SEQN (1 бит) - служит для определения последовательности пакетов; HEC (8 бит) - контрольная сумма.
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, а 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 (Cyclic Redundancy Check) код.