Материал: КР - 2 Bluetooth основы работы на физическом уровне

11. Bluetooth основы работы на физическом уровне.

Bluetooth - технология беспроводной передачи данных которая обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры, мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надежной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам общаться на расстоянии от 1 до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от препятствий и помех), даже в разных помещениях. Принцип действия основан на использовании радиосвязь в ISM-диапазоне, приборы работающий на которой не нуждаются в лицензировании (2,4 – 2,4835 ГГц). В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование недорогое.

Рисунок 1 – строение уровней

Физический уровень определяет характеристики радиосвязи и методы модуляции. Параметры этого уровня стека Bluetooth были выбраны таким образом, чтоб максимально понизить стоимость модулей. Во время соединения 2 устройств происходит переноси информацию бит за битом от главного узла к подчиненным и обратно. Это маломощная приемопередающая система с радиусом действия порядка 10 метров. Она работает в ISM диапазоне 2,4 ГГц, как и 802.11. Диапазон разделен на 79 каналов по 1 МГц в каждом. Чтобы сосуществовать с другими сетями, использующих ISM диапазон, применяется расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты. Возможно до 1600 скачков частоты в секунду, длительность одного временного интервала 625 мкс. Все узлы сети перестраивают частоты одновременно, в согласовании с синхронизацией тактов и псевдослучайной последовательностью скачков, генерируемой главным узлом (ведущим устройством). Если же рядом работают несколько пар приемопередатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности информации, передаваемой: переход, происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения. При передачи цифровых данных в случае утер пакета информации будут переданы повторно. Протокол Bluetooth поддерживает помимо «point-to-point» соединение «point-to-multipoint».

Для отправки бит по каналу используются три формы модуляции. Базовая схема состоит в использовании кодирования со сдвигом частоты, чтоб посылать 1-битовый символ каждую микросекунд, что дает общую скорость данных 1 Мбит / с. Для увеличения скорости передачи используется кодирование со сдвигом фазы, чтоб послать или 2 или 3 бита за символ, для достижения общей скорости данных 2 - 3 Мб/с. Такие более высокие скорости применяются только для кадров, содержащих данные.

Уровень немодулированной передачи трансформирует простой поток бит в кадры и определяет некоторые ключевые форматы. В простейших случае главный узел каждой пикосеты выдает последовательности временных интервалов по 625 мкс, причем передача данных со стороны главного узла начинается в четных тактах, а со стороны подчиненных узлов - в нечетных. Эта схема, по сути дела, традиционное временно е уплотнение, в котором главная сторона получает одну половину временных интервалов, а подчиненные делят между собой вторую. Кадры могут быть длиной 1, 3 или 5 тактов. В каждом кадре уходит 126 служебных бит код доступа и заголовок, кроме того, время установки занимает 250-260 мкс на переключение частоты, чтоб позволить недорогим радиосхемам становится устойчивыми. Полезные данные кадра могут быть для конфиденциальности зашифрованы с помощью ключа, который выбирается, когда ведущее устройство соединяется с ведомым. Переключения частоты происходят только между кадрами, но не во время передачи кадра. В результате передача 5-тактового кадра намного более эффективна чем 1-тактового, потому что при тех же служебных расходах посылается больше данных.