Персональные сети и технология bluetooth

Доклад

Персональные сети и технология bluetooth

Содержание

1. Персональная сеть

2. Принцип действия Bluetooth

3. Безопасность

4. Что можно делать через Bluetooth

5. Перспективы технологии Bluetooth

Заключение

1. Персональная сеть

Персональная сеть (англ. Personal Area Network, PAN) -- это сеть, построенная «вокруг» человека. Данные сети призваны объединять все персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, беспроводные гарнитуры и.т.п.). К стандартам таких сетей в настоящее время относят Bluetooth.

Особенности PAN:

· Малое число абонентов

· Некритичность к наработке на отказ.

· Все устройства входящие в PAN-сеть можно контролировать.

· Узкий радиус действия 30 метров ((100 футов)

· Сеть должна поддерживать работу до 8 участников.

· Отсутствие арбитража среды. Это означает, что встроенных средств контроля, как и кто может работать с этим типом сети -- нет.

Bluetooth дает новые возможности: вы можете обмениваться информацией, синхронизировать различные устройства, выходить в интернет, присоединяться к локальным сетям, управлять бытовой техникой и даже автомобилем, используя только устройство, оснащённое Bluetooth (например, мобильный телефон или карманный персональный компьютер) и совершенно не используя провода.

Технология Bluetooth был изобретена инженерами из Ericsson. 20 мая 1998 года была организована специальная группа -- SIG (Special Interest Group) -- для продвижения спецификации Bluetooth и привлечения к ней как можно больше разработчиков. SIG -- это ассоциация производителей, в которую входят лидеры телекоммуникационной, компьютерной и автомобильной промышленности. Кроме основных работников SIG, ключевые роли в ней играют многие специалисты из компаний ассоциации. В SIG входит более 2000 компаний. В их числе такие гиганты телекоммуникационных технологий как 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba и др. Немалую роль в этом сыграла открытость Bluetooth -- все члены SIG могут использовать Bluetooth в своих продуктах.

Bluetooth -- радио-технология ближнего действия, призванная заменить провода, соединяющие переносные и стационарные электронные устройства. Bluetooth разработан для работы в зашумлённых (радио-сигналами) средах. Модули Bluetooth работают в диапазоне частот ISM (Industry, Science and Medicine -- промышленный, научный и медицинский; 2400--2483.5 MHz), который в большинстве стран является свободным от лицензрования. Исключение составляют Испания, Франция и Япония, где диапазон частот, разрешённых для Bluetooth, гораздо меньше. Поэтому устройства, произведённые для этих стран, не будут работать с другими устройствами. Хотя с этими государствами ведутся переговоры, и, возможно, в ближайшем будущем, все Bluetooth устройства будут совместимы.

Пропускная способность Bluetooth составляет 723.2 кб/с. Также через Bluetooth можно передавать до 3 аудио-каналов. В настоящее время расстояние, на которое Bluetooth способен передовать данные, составляет от 10 (в большинстве случаев) до 100 метров. Передача возможна даже через объекты (стены и др.), если, конечно, они не экранированы. Энергия, потребляемая модулем Bluetooth, не должна превышать 10 мВт.

Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, коим является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией.

Термин Bluetooth -- сформулированный на английском языке вариант датского «Blatand», эпитет короля X века Харальда I (Harald I) из Дании, который объединил противоречащие датские племена в единое королевство. Смысл состоит в том, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт.

Первоначально конкурентами Bluetooth были HomeRF и IrDA (инфракрасный порт).

Сейчас IrDA отходит на второй план по ряду причин. Основная причина -- в соединении могут одновременно участвовать только два устройства, которые должны находиться в прямой видимости друг от друга на расстоянии, не превышающим нескольких метров.

Реальным конкурентом Bluetooth на данный момент является wi-fi. Wi-fi -- высокоскоростная беспроводная технология, действующая в радиусе до 30 метров в помещениях и до 300 метров на открытых пространствах.

Но и у него есть свои недостатки. Один из них -- все продукты wi-fi должны проходить платную сертификацию. Продукты Bluetooth лишеты этого «счастья».

2. Принцип действия Bluetooth

Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (англ. Industry, Science and Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях. В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (англ. Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование стоит недорого.

Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1 МГц, а в Японии, Франции и Испании полоса умже -- 23 частотных канала). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения. При передаче цифровых данных и аудиосигнала (64 кбит/с в обоих направлениях) используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется (как правило), а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы повторно. Без помехоустойчивого кодирования это обеспечивает передачу данных со скоростями 723,2 кбит/с с обратным каналом 57,6 кбит/с, или 433,9 кбит/c в обоих направлениях.

Протокол Bluetooth поддерживает не только соединение «точка-точка», но и соединение «точка-многоточка».

3. Безопасность

Говоря о беспроводной связи, нельзя не затронуть вопрос безопасности такого соединения. Помимо фокуса с частотными шаблонами и необходимости синхронизации приемопередачи в стандарте Bluetooth предусмотрено шифрование передаваемых данных с ключом эффективной длины от 8 до 128 бит и возможностью выбора односторонней или двусторонней аутентификации (конечно, можно обойтись вообще без аутентификации), что позволяет устанавливать стойкость результирующего шифрования в соответствии с законодательством каждой отдельной страны (в некоторых странах запрещено использование сильной криптографии:). В дополнение к шифрованию на уровне протокола может быть применено шифрование на уровне приложений - здесь уже применение сколь угодно стойких алгоритмов никто не ограничивает.

Часто приходится сталкиваться с мнением, что находящиеся в пределах действия связи Bluetooth-устройства могут просто соединиться и начать обмениваться информацией, которая, возможно, не предназначена для сторонних ушей или глаз. На самом деле автоматический обмен информацией между Bluetooth-устройствами ведется лишь на уровне аппаратного обеспечения, т.е. исключительно для определения самого факта возможности соединения. А вот на уровне приложений пользователь сам решает, ввести или запретить автоматическую установку связи. Таким образом, использование Bluetooth становится не опаснее подключения к Интернету, в котором все узлы также соединены электрически, но это еще не означает получение безоговорочного доступа к любому ресурсу.

4. Что можно делать через Bluetooth

Через Bluetooth можно делать множество вещей. Можно знакомиться, общаться или даже посылать анонимные сообщения через Bluetooth. Например, в общественном транспорте, когда нужно как-то занять время, развлечься, можно попробовать познакомиться с одним из своих попутчиком, послав ему приветственное сообщение через Bluetooth.

Через Bluetooth можно выходить в Интернет. С помощью своего мобильного телефона можно выходить в Интернет через Bluetooth на карманном компьютере, ноутбуке или даже на домашнем компьютере.

Можно обмениваться картинками, мелодиями и прочим мобильным контентом через Bluetooth. При этом совершенно необязательно знать, с кем происходит обмен. Просто отправьте любимую картинку через Bluetooth и получите в ответ другую. И это бесплатно!

Через Bluetooth можно даже играть в сетевые игры с друзьями или слушать музыку. При этом совершенно не обязательно находиться дома перед компьютером. Можно пойти в ближайшую кафешку и через Bluetooth найти себе партнёра для игры.

Ещё через Bluetooth можно печатать документы с настольного компьютера, ноутбука, КПК (например, так) или мобильного телефона, не имея физического подключения к принтеру (то есть без проводов!).

Существуют десятки других применений технологии Bluetooth. Количество этих применений ограничивается лишь фантазией пользователей.

5. Перспективы технологии Bluetooth

Что можно сказать сегодня о будущем технологии Bluetooth? Это зависит от многих условий. Важно сделать эту технологию доступной не только для пользователей, но и для разработчиков (Philips Semiconductors и Ericsson предлагают комплекты Bluetooth для разработчиков, дающие инженерам удобный инструмент для разработки продуктов, включающих в себя Bluetooth). Так же важно подстроить технологию под производителей (широкий спектр компаний и целых секторов промышленности, таких как разработка вычислительной техники, коммуникации, автоматизация, поставка упаковки и фотография собираются использовать или уже используют данную технологию в своей аппаратуре). Кроме того, важным фактором распространения технологии станет низкая стоимость ее реализации и совместимость с конкурирующими продуктами.

Ближайшие цели разработчиков Bluetooth состоят в том, чтобы обеспечить высокоскоростное соединение, до 6-10 Мбит/с, и сделать технологию полностью совместимой со всеми нужными устройствами.

Так что перспективы Bluetooth мрачными назвать довольно трудно. Сегодня устройства на основе этой технологии появляются под торговыми марками многих известных производителей. Так, компания MicroMedical заявила о начале поставок кардиологических аппаратов на основе Bluetooth, с помощью которых можно будет следить за ходом работы сердца пациента. British Telecom собирается использовать стандарт Bluetooth при оснащении британских поездов - посетители смогут не только приобрести билеты, подключившись к кассовым терминалам, но и в процессе ожидания поезда получать недорогой доступ к новостям и фондовым котировкам с помощью мобильных устройств. Компания Parthus Technologies сообщила о разработках в области удаленной передачи музыкальных файлов с помощью Bluetooth.

Заключение

Стоит также заметить, что стандарт Bluetooth разрабатывался с расчетом на малую мощность, поэтому воздействие его на организм человека сведено к минимуму.

Основным направлением использования Bluetooth должно стать создание так называемых персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи с холодильниками (вот уж что давно не подключали в сеть). Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подсоединения относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс позволяет очень просто и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в информации либо обладающие необходимой информацией.

Многие задаются вопросом: Зачем вообще нужен Bluetooh, если есть например тот же wi-fi? Как показывает практика, нужен. Bluetooth с неимоверной скоростью проникает во всё новые области промышленности. Появляются устройства с Bluetooth, где он раньше никогда не использовался. От самых банальных (но от этого не менее полезных) беспроводных гарнитур hands-free для мобильных телефонов до Bluetooth чипов в грузовых контейнерах для определения груза, когда грузовик въезжает на склад. А как вам, например, Bluetooth-чип, встроенный в шины машин для передачи информации о их состоянии. А микроволновые печи или холодильник с Bluetooth? А ведь всё это реально существует! И судя по вкладываемым в Bluetooth усилиям и средствам у него большое будущее.