Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Технология Bluetooth
• 1.1 Концепция и основные положения технологии Bluetooth
• 1.2 Технические аспекты установки соединения между Bluetooth устройствами
• 1.3 Модуляция
• 1.4 Архитектура Bluetooth
• 2. Расчёт параметров линии связи Bluetooth. Линк бюджет
• 3. Безопасность жизнедеятельности
• 3.1 Характеристика вредных факторов при работе с ПК
• 3.2 Организация рабочего места с ПК
• 3.3 Требования к санитарно-гигиеническим параметрам рабочих мест. Требования к рабочим помещениям
• 3.4 Требования к микроклимату
• 3.5 Требования к уровню шума
• 3.6 Требования к освещению рабочих мест
• 3.7 Требования к излучениям
• 3.8 Требования к организации медицинского обслуживания
• 3.9 Электробезопасность при работе с ПК
• 3.10 Меры пожарной безопасности и защиты
• Список используемых источников


Введение

Уши миллионов людей в современном мире ежедневно заняты поглощением информации. Музыка, аудиокниги, фильмы и множество другой информации проникает по проводам в наши головы. Эти провода нас окружают и спутывают. Возникает проблема фактической привязанности человека и медиаустройства посредством проводов. В качестве темы этой работы я поставил решение «проводной проблемы».

Задача:

Необходимо обеспечить пользователя беспроводной связью с медиа устройством, при этом оставить пользователю возможность использовать своё устройство для воспроизведения переданной информации, проще говоря свои наушники.

Решение общий вид

На основе широко используемых систем беспроводной связи создать устройство которое бы связало по беспроводному каналу медиаустройство и наушники пользователя.



1 Технология Bluetooth

1.1 Концепция и основные положения технологии Bluetooth

Bluetooth - это современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно.

Bluetooth - это маленький чип, представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 ГГц) приёмопередатчик, работающий в диапазоне ISM (Industry, Science and Medicine; промышленный, научный и медицинский). Для использования этих частот не требуется лицензия, исключения рассмотрим ниже. Скорость передачи данных, предусматриваемая стандартом, составляет порядка 720 Кбит/с в асимметричном режиме и 420 Кбит/с в полнодуплексном режиме. Обеспечивается передача трех голосовых каналов, но не видеосигнала. Энергопотребление (мощность передатчика) не должно превышать 10 мВт. Изначально технология предполагала возможность связи на расстоянии не более 10 метров. Сегодня некоторые фирмы предлагают микросхемы Bluetooth, способные поддерживать связь на расстоянии до 100 метров.

В зависимости от мощности передатчика, устройства Bluetooth® делятся на три класса:

класс 1 - до 100 мВт (дальность на открытом пространстве до 100 м)

класс 2 - до 2,5 мВт (дальность на открытом пространстве до 15 м)

класс 3 - до 1 мВт (дальность на открытом пространстве до 5 м)

Как радиотехнология, Bluetooth способна "обходить" препятствия, поэтому соединяемые устройства могут находиться вне зоны прямой видимости. Соединение происходит автоматически, как только Bluetooth-устройства оказываются в пределах досягаемости, причем не только по принципу точка - точка (два устройства), но и по принципу точка - много точек (одно устройство работает с несколькими другими). Естественно, для реализации технологии Bluetooth на практике необходимо определенное программное обеспечение (ПО).

Технология Bluetooth предусматривает три уровня защиты:

1. Минимальная - данные кодируются общим ключом и могут приниматься любым устройством без ограничения.

2. Защита на уровне устройства - в чипе прописывается уровень доступа, в соответствии с которым устройство может получать определенные данные от других устройств.

3. Защита на уровне сеанса связи - данные кодируются 128-битными случайными номерами, хранящимися в каждой паре чипов, участвующих в конкретном сеансе связи.

Чип Bluetooth реализован с учетом всех современных тенденций. Размер чипа - менее одного квадратного сантиметра. Применяемая частота позволяет ограничить потребляемую мощность 1мВт. Подобные характеристики позволяют интегрировать чипы Bluetooth в таких устройствах, как мобильные телефоны и карманные компьютеры.

1.2 Технические аспекты установки соединения между Bluetooth устройствами

Оказавшись рядом, Bluetooth устройства могут устанавливать не только соединения типа точка-к-точка, когда имеется только два устройства, но и точка-к-многоточек, когда одно устройство одновременно работает с несколькими другими. При соединении одного устройства с несколькими другими, устройство которое обслуживает несколько соединений, называется master, а подключенные устройства - slave. К одному master'у может быть подключено до семи активных slave. Кроме активных slave (то есть, устройств, которые активно обмениваются данными), может существовать множество неактивных slave, которые не могут обмениваться данными с master, пока заняты все каналы, но, тем не менее, остаются, синхронизированы с ним. Такая структура называется piconet.

В одной piconet может быть только один master, однако каждый slave может одновременно являться master'ом для других устройств, и образовывать свой piconet. Несколько piconet объединенных таким образом образуют scatternet. В рамках scatternet разные устройства могут не только быть одновременно master и slave одновременно для различных piconet, но и просто slave для разных piconet. Более наглядно с этой структурой можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Рис 1 Топология Bloetooth piconet

Более того, в случае необходимости любой slave в piconet может стать master. Естественно, старый master при этом становится slave. Таким образом, в scatternet могут объединяться столько Bluetooth устройств, сколько необходимо, логические связи могут образовываться так, как это требуется, и могут изменяться как угодно, в случае необходимости. Единственное условие, различные piconet входящие в один scatternet должны иметь разные каналы связи, то есть работать на различных частотах и иметь различные hopping channel. Hopping - это регулярная смена частот, определяемая параметрами hopping sequence. Всего спецификация предусматривает 10 вариантов hopping sequence, 5 с циклом в 79 смен и 5 с циклом в 23 смены. С любым hopping sequence частоты сменяются 1600 hops/sec. Используется hopping для того, что бы бороться с затуханием радиосигнала и интерференцией.

Как уже говорилось, автоматическая установка соединения между Bluetooth устройствами, находящимися в пределах досягаемости является одной из важнейших особенностей Blueooth, поэтому первое, с чего начинается работа Bluetooth устройства в незнакомом окружении - это device discovery, или, по-русски, поиск других Bluetooth устройств. Для этого посылается запрос, и ответ на него зависит не только от наличия в радиусе связи активных Bluetooth устройств, но и от режима в котором находятся эти устройства. На этом этапе возможно три основных режима.

- Discoverable mode. Находящиеся в этом режиме устройства всегда отвечают на все полученные ими запросы.

- Limited discoverable mode. В этом режиме находятся устройства которые могут отвечать на запросы только ограниченное время, или должны отвечать только при соблюдении определённых условий.

- Non-discoverable mode. Находящиеся в этом режиме устройства, как видно из названия режима, не отвечают на новые запросы.

Но это ещё не всё. Даже если удаётся обнаружить устройство, оно может быть в connectable mode или в non-connectable mode. В non-connectable mode устройство не позволяет настроить некоторые важные параметры соединения, и, таким образом, оно хоть и может быть обнаружено, обмениваться данными с ним не удастся. Если устройство находится в connectable mode, то на этом этапе Bluetooth устройства договариваются между собой об используемом диапазоне частот, размере страниц, количестве и порядке hop'ов, и других физических параметрах соединения.

Если процесс обнаружения устройств прошёл нормально, то новое Bluetooth устройство получает набор адресов доступных Bluetooth устройств, и за этим следует device name discovery, когда новое устройство выясняет имена всех доступных Bluetooth устройств из списка. Каждое Bluetooth устройство должно иметь свой глобально уникальный адрес (вроде как MAC-адреса у сетевых плат), но на уровне пользователя обычно используется не этот адрес, а имя устройства, которое может быть любым, и ему не обязательно быть глобально уникальным. Имя Bluetooth устройства может быть длиной до 248 байт, и использовать кодовую страницу в соответствии с Unicode UTF-8 (при использовании UCS-2, имя может быть укорочено до 82 символов). Спецификация предусматривает, что Bluetooth устройства не обязаны принимать больше первых 40 символов имени другого Bluetooth устройства. Если же Bluetooth устройство обладает экраном ограниченного размера, и ограниченной вычислительной мощью, то количество символов, которое оно примет может быть уменьшено до 20.

Ещё одной из важнейших особенностей Bluetooth является автоматическое подключение Bluetooth устройств к службам, предоставляемым другими Bluetooth устройствами. Поэтому, после того как имеется список имён и адресов, выполняется service discovery, поиск доступных услуг, предоставляемых доступными устройствами. Получение или предоставление, каких либо услуг - это то, ради чего всё собственно и затевалось, поэтому для поиска возможных услуг используется специальный протокол, называемый, как несложно догадаться, Service Discovery Protocol (SDP), более подробно он будет описан ниже.

Естественно, Bluetooth не могла обойтись без такой важной вещи, как технология защиты передаваемых данных, встроенной в сам протокол. В зависимости от выполняемых задач, предусмотрено три режима защиты в которых может находится устройство.

- (non secure), устройство не может самостоятельно инициировать защитные процедуры.

- Security mode 2 (service level enforced security), устройство не инициирует защитные процедуры пока не установлено и не настроено соединение. После того как соединение установлено, процедуры защиты обязательны, и определяются типом и требованиями используемых служб.

- Security mode 3 (link level enforced security), защитные процедуры инициируются в процессе установления и настройки соединения. Если удалённое устройство не может пройти требований защиты, то соединение не устанавливается.

Естественно, что Security mode 3 и 2 могут использоваться вместе, то есть сначала устанавливается защищённое соединение, а потом оно ещё защищается в соответствии с требованиями и возможностями конкретной службы.

Основой системы безопасности Bluetooth, используемой в Security mode 3, является понятие сеансового ключа, или Bond. Сеансовый ключ генерится в процессе соединения двух устройств, и используется для идентификации и шифрования передаваемых данных. Для генерации ключа могут использоваться самые различные составляющие, от заранее известных обоим устройствам значений, до физических адресов устройств. Комбинируя защиту на уровне соединения с защитой на уровне приложений (где может использоваться абсолютно любая из существующая на сегодня систем защиты данных) можно создавать достаточно надёжно защищённые соединения. Но всё равно, очевидной слабостью Bluetooth соединений с точки зрения построения защищённых соединений остаётся возможность перехвата трафика, причём для этого даже не придётся использовать, какое либо специфическое оборудование. Впрочем, эта проблема не нова, и в настоящее время часто приходится использовать открытые сети, вроде Интернет, где возможен перехват трафика, для передачи закрытых данных. Противодействие "брони и снаряда" продолжается.

1.3 Модуляция

Для эффективной передачи сигнала (цифрового, аналогового) посредством радио необходимо пройти процедуру модуляции. Позволим себе опустить тонкости различных процессов модуляции сигналов и сконцентрируемся на фактах, которые помогут представить картину спектра в среднестатистическом доме юзера наших дней.

Стандарт 802.11n (а я верю, что у 90% пользователей дома развернут именно он, хотя все нижеизложенное справедливо и для 11g) предусматривает использование OFDM модуляции сигнала с организацией 13 каналов шириной 20 МГц.

При этом стандартом 802.11b/g/n предусмотрено использование одного канала на протяжении всего времени работы, если его состояние считается удовлетворительным (читай «нет чередования каналов»).

Bluetooth же использует иной подход: в спектре ISM организуется 79 каналов шириной в 1 МГц, а затем по технологии расширения спектра Frequency-hopping Spread Spectrum (FHSS) радиоприемник и радиопередатчик синхронно меняют частоту несущей по определенному шаблону с частотой 1600 раз в секунду. Сделано это как раз для уменьшения вероятности наложения сигналов в крохотном ISM диапазоне.

Если бы у вас дома был спектральный анализатор, то процесс смены несущей по всему 2.4ГГц диапазону выглядел бы следующим образом:



Случайным образом разбросанные красные точки -- это и есть сигнал Bluetooth, постоянно меняющий частоту. Зеленые области -- это три активных канала Wi-Fi.

Борьба с интерференцией

Однако техника скоростной смены несущей не избавляет от интерференции, а всего лишь снижает вероятность ее возникновения. Шансы у Bluetooth-сигнала попасть в 20 МГц диапазон канала Wi-Fi по-прежнему ненулевые:

Поэтому в арсенале стека Bluetooth есть технология адаптивной смены частоты -- Adaptive Frequency Hopping (AFH). Принцип работы AFH состоит в следующем: из 79 доступных 1 МГц каналов исключаются каналы, попадающие в занятый Wi-Fi сигналом диапазон:

На рисунке выше видно, как алгоритм AFH скорректировал карту доступных для «перескакивания» каналов, исключив те, что попали в уже занятый вайфаем 6-й канал.

bluetooth линия связь соединение

1.4 Архитектура Bluetooth

Раз проблема была не в интерференции с Wi-Fi, то потребовалось более глубокое погружение в матчасть. Напомню, что интересным с точки зрения анализа был тот факт, что в одинаковых условиях две Bluetooth аудиосистемы (Klipsch KMC 3 и Edifier Spinnaker) вели себя по-разному. Klipsch захлебывался раньше, и для достижения эффекта нужно было просто заслонить телом прямой путь к колонке на расстоянии нескольких метров. Edifier же мог хрюкнуть пару раз, но после продолжал уверенно воспроизводить звук, изредка прерываясь.

Симптомы косвенно намекали на автоподстройку неких параметров со стороны Эдифаеров и отсутствие оной у Клипша при деградации качества радиосигнала. Чтобы проверить эту теорию, было решено снять дамп соединения двух устройств с целью поиска источника проблем.

Для чистоты эксперимента я выключил модуль Bluetooth, удалил из списка сопряженных устройств Klipsch, включил «синий зуб», и, нажав кнопку записи дампа, прошел процедуру от поиска устройства и соединения с ним до передачи аудио.

Инициализация устройства

После активации Bluetooth-модуля, дамп наполняется записями сообщений HCI, которые в большинстве своем дают модулю понять, как его зовут, какой у него MAC адрес, к какому классу устройств он относится и включает непосредственно радио модуль.

Происходит это в форме диалога HCI Command -> HCI Event.



Стек блютуса лишь косвенно напоминает привычный TCP/IP, поэтому лицезрение дампа без предварительного прочтения спецификации не увенчалось успехом.

К чести группы Bluetooth SIG отмечу, что документация на корневую спецификацию и всевозможные профили находится в свободном доступе на портале для разработчиков, при этом написана простым и понятным языком.

Архитектура Bluetooth

Так моей настольной книгой на энное количество времени сталаBluetooth Core Specification. 13 мегабайтная пдф-ка о шести томах только сперва кажется необъятной, но для понимания базовых операций и принципов взаимодействия подсистем достаточно будет и нескольких глав.

Core System

В процессе поиска источника проблем я шел сверху вниз: встречая в дампе высокоуровневые протоколы, пытался понять логику их работы и назначение передаваемых параметров.

Безусловно, православный путь -- снизу вверх: от азов установления физических и логических управляющих каналов Bluetooth к базирующимся на их основе высокоуровневым протоколам. Этим путем я вас и попробую провести.

Ядро блютуса -- Bluetooth Core System Specification -- описывает четыре базовых нижних уровня архитектуры и соответствующие протоколы, причем три нижних уровня, как правило, выделяют в отдельную подсистему -- Bluetooth Controller, а все, что находится выше -- относится к Bluetooth Host.

Структурная схема архитектуры Bluetooth Core System показывает расположение основных блоков архитектуры на уровнях модели, обозначает user-plane и control-plane трафик между блоками и, самое главное, дает представление об иерархичности стека.

На схеме не сделан акцент на очень важной части архитектуры -- Host to Controller интерфейсе (HCI), обеспечивающем взаимодействие софтовой подсистемы Host с железной подсистемой Controller. Всё взаимодействие верхних уровней Bluetooth системы с ее аппаратной частью происходит через HCI-команды, инициируемые драйвером. Эти команды в дампе будут нам встречаться постоянно.

Пройдемся по основным блокам архитектуры, чтобы понять их основное назначение:

RF

Блок Radio (он же PHY), как и подобает резиденту физического уровня, занимается преобразованием битовой последовательности в радио сигналы. Вопросы модуляции, спектральных характеристик и физики процессов обеспечения битовой скорости -- все это решается на нижнем уровне модели.

Baseband Layer = Link Controller + Baseband Manager + Device Manager

Уровень Baseband представлен в виде трех блоков, совместная задача которых состоит в управлении физическими каналами (Phy channels), поверх которых устанавливаются физические соединения (Phy links). Bluetooth-адресация, синхронизации генераторов устройств, управление кодами доступа к физическим каналам, поиск устройств и установление физического канала между ними -- все это задачи Baseband-уровня.

Link Manager

После того, как два нижних уровня обеспечили нас физическим соединением между master-slave устройствами, дело становится за организацией логических каналов, которые впоследствии и станут базой для передачи трафика приложений. Link Manager в ответе за установление, изменение и освобождение логических соединений между устройствами, а так же за обновление параметров физических соединений. Для этих целей Link Manager использует Link Management протокол (LMP).

L2CAP Layer = Channel Manager + L2CAP Resource Manager

Переваливаемся в высокоуровневый блок Bluetooth Host, оккупированный L2CAP уровнем. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) -- протокол, работающий поверх созданных логических соединений, обеспечивающий инкапсуляцию, сегментацию и восстановление пакетных данных от всех вышележащих приложений.

Транспортная архитектура

В процессе знакомства с блоками архитектуры у вас уже могла выстроиться картина общей транспортной архитектуры Bluetooth, которая представляет собой трехуровневую модель:

В дальнейшем в тексте я буду использовать слово «каналы» для обозначения Channels и «соединения» для Links.

На картинке выше представлен путь юникастного асинхронного трафика по транспортной архитектуре. Именно этот тип трафика характерен для передачи «пакетного» аудио.

SCO vs ACL

Если внимательно посмотреть на предыдущий рисунок, то на уровнях Logical Links и Logical Transports чаще всего встречаются аббревиатуры ACL и (e)SCO. Это два глобальных типа логических соединений между Bluetooth-устройствами, которые служат для передачи разного рода трафика вышестоящих приложений.

По ACL (Asynchronous Connection-Oriented Links) соединениям передается асинхронный, пакетный трафик с возможностью повторной отправки в случае потерь при доставке, сегментации и управления потоком.

SCO-соединения, в свою очередь, по сути организованы по принципу коммутации каналов с постоянной пропускной способностью 64кбит/с и синхронной передачей данных в тайм-слотах. SCO-каналы, например, используются профилем Headset для потоковой передачи голоса абонента от телефона к гарнитуре.

Согласно архитектуре Host Controller Interface, каждая его команда (HCI command) должна сопровождаться ответным событием (HCI Event). Ответ всегда возвращает статус команды (Success или код ошибки), а так же, опционально, запрошенные командой значения.

Ниже приведены три HCI команды на этапе самоинициализации модуля и события-ответы на них.

Поиск и обнаружение устройств

После того, как Bluetooth собрал информацию «о себе», я запустил поиск устройств. Когда вы зажимаете кнопку до состояния мигающего индикатора, устройство переводится в режим прослушивания канала обнаружения (Inquiry Channel). Когда девайс услышит код доступа «ответьте все» на этом канале, он отправит информацию о своем присутствии.

Как и любой процесс обращения верхних уровней к железной части Bluetooth, все начинается с команды от HCI:

Здесь интерес представляет поле LAP. На самом деле это ни что иное, как аналог мультикаст адреса (general access code), увидев который на канале обнаружения, Bluetooth-устройства обязательно оповестят о своем присутствии ответным сообщением.

В итоге все девайсы, получившие general access code на своем физическом канале для обнаружения, отвечают сообщениями Inquiry Response, в которых:

указан MAC адрес устройства, его главный и второстепенные классы (Major Class и Minor Class), а также поддерживаемые сервисы.

Я выделил два параметра: первый -- Sink -- свидетельствует о том, что устройство может выступать в роли приемника аудиосигнала, а второй -- Advanced Audio Distribution -- что аппарат поддерживает тот самый A2DP-профиль.

Подключение

После процедуры поиска картина мира для Bluetooth-устройства становится ясна, самое время переходить к фазе подключения, или, как этот процесс называют в спецификации -- Paging.

Для подключения оборудования также выделен отдельный физический канал. Важно отметить, что физические каналы Bluetooth работают в режиме двусторонней передачи (дуплекс). Использование одного физического канала для двунаправленной передачи осуществляется по принципу временного разделения каналов (TDM). При таком подходе передатчик и приемник должны иметь синхронизированные тактовые генераторы, чтобы передавать и принимать информацию в нужные моменты времени.

Так как каждое Bluetooth-устройство оснащено своим собственным генератором, то ни о какой изначальной синхронизации между ними, естественно, речи не идет. Синхронизации добивается Link Controller в процессе установления соединения.

Происходит это следующим образом: в процессе поиска master-устройство получает от ответчиков среди прочих параметров еще и их значение тактового генератора. Затем, на этапе установления соединения master-устройство передает предполагаемое значение смещения тактового генератора для slave-устройства (параметр Clock Offset в скриншоте выше), тем самым ускоряя процесс синхронизации двух генераторов.

Самым важным полем команды Create Connection на подключение является идентификатор удаленного устройства -- его Bluetooth-адрес (BD_ADDR). Вслед за командой контроллеру на установление соединения в бой вступает LMP протокол, который полностью управляет процессом организации логических соединений, поверх которых впоследствии будет гулять наш трафик:

Если помните, в начале статьи я рассказывал о методе Adaptive Frequency Hopping, позволяющем избежать интерференции на уже занятых частотах? Так вот, карта используемых частот как раз и передается в LMP сообщении Set AFH. В процессе работы я замечал новые появления данных пакетов с другой картой частот, что свидетельствует о постепенном мониторинге эфира на предмет страдающих от интерференции каналов.

Итогом процесса установления соединения станет присвоение связи двух Bluetooth устройств идентификатора Connection Handle.

Сопряжение (Pairing)

Окей, мы установили физическое соединение с устройством, синхронизировали генераторы устройств и готовы к передачи служебной и пользовательской информации в тайм-слотах, чего не хватает? Спаривания. Наши устройства пока не доверяют друг другу, а значит никакой пользовательский трафик недопустим к передаче.

Т.к. оба устройства поддерживают версию спецификации Bluetooth 3.0, то им доступен метод аутентификации Secure Simple Pairing (и его подметод Just Works), позволяющий аутентифицировать и авторизовать устройства без ввода каких-либо пин-кодов.

L2CAP in action

В главе, посвященной транспортной архитектуре, изображена схема иерархии каналов и соединений, на вершине которой находится L2CAP-протокол. Именно его очередь и наступает сразу после процессов аутентификации устройств.

Структурная схема архитектурных блоков L2CAP-уровня повествует о его возможностях по сегментации, повторной отправке, управлению потоками и ресурсами.

При этом важно уяснить, что асинхронные данные от любых приложений будут скормлены L2CAP-протоколу, который подготовит данные к отправке нижним уровням стека.

Для того, чтобы от процедуры спаривания устройств перейти к непосредственно информационному обмену, хорошо бы знать, а какие профили поддерживает сопряженное устройство, умеет ли оно воспроизводить аудио или орагнизовывать обмен файлами? На эти вопросы отвечает протокол Service Discovery (SDP). Так как это протокол верхнего уровня, ему не обойтись без услуг L2CAP-протокола, который специально для этого создаст канал. Давайте посмотрим, как это происходит.

В моем примере после успешного спаривания устройств появился первый L2CAP-пакет, содержащий следующие поля:



Команда Connection Request, как подсказывает КО, инициирует создание соединения с L2CAP уровнем slave-устройства, при этом в структуре пакета есть интересные для нас поля.

L2CAP протокол использует концепцию каналов, конечные точки такого канала в паре master-slave идентифицируются при помощи 2-байтного CID (Channel Identification). CID 0x0001 -- зарезервированный идентификатор канала для терминирования трафика сигнализации L2CAP протокола, что логично, ведь именно к сообщениям сигнализации относится команда Connection Request (Channel ID: 0x0001 в нижней части скриншота).

Следующее важное поле -- это PSM (Protocol/Service Multiplexer). Значение PSM говорит о том, для какого протокола или сервиса мы организовываем L2CAP канал и, как видите, речь идет о канале для Service Discovery Protocol.

Service Discovery

L2CAP хорошо потрудился и организовал канал для передачи данных протокола верхнего уровня SDP, который, как мы выяснили, поможет узнать, какие сервисы поддерживаются на удаленном устройстве.

Происходит это в форме следующего диалога:

-- умеешь ли ты «_какой-нибудь сервис_»?

-- да, умею, и вот его характеристики (в противном случае ответ «нет, не умею, спрашивай далее»).

На запросы всех сервисов, кроме Audio Sink и AV Remote Controller я получил негативный ответ, а значит колонка, что логично, умеет только воспроизводить аудио и давать управляющие сигналы мастер устройству (например при нажатии на кнопку pause на колонке, на паузу устанавливается проигрывание у источника).

После того, как SDP узнал о собеседнике все, что мог, самое время переходить к непосредственной передаче аудио, за которую отвечает…

Audio/Video Distribution Transport Protocol

За организацию и управление аудио/видео потоками отвечает именно этот парень. И в моем случае разобраться в логике его работы можно было, даже не погружаясь в 160-страничную спецификацию.

Диаграмма работы AVDTP довольно понятна. Чтобы запустить поток, требуется открыть два канала: один управляющий (signalling) и один, непосредственно, для передаваемых аудио/видео данных.

Как мы уже знаем, никуда не деться от L2CAP, именно по его каналам сверху будет идти трафик AVDTP-протокола. L2CAP канал в этом случае открывается с новым значением PSM, соответствующим протоколу AVDTP.

Один L2CAP канал открылся для сообщений сигнализации, второй для данных AVDTP, а третий для Audio/Video Control Transport Protocol (для передачи сигналов от колонки к источнику звука) инициировала колонка.



Обратите внимание на пары Source CID/Destination CID, это точки входа для L2CAP-каналов. Пара Src/Dst CID однозначно определяет L2CAP-канал.

После установления нужных L2CAP-каналов запустился процесс обмена служебными сообщениями между AVDTP-протоколами на обеих сторонах соединения. Среди служебных сообщений стоит отметить:



Команда Discover позволяет узнать у удаленного устройства, а, собственно, что конкретно оно может предложить в рамках аудио/видео передачи. В ответ должно прийти описание возможностей в виде списка Service Endpoints (точек предоставления сервиса).

На первый взгляд непонятно, почему у колонки две точки в роли «приемник аудио». На этот вопрос отвечает следующая пара сообщений:

Обратите внимание на пару значений Min Bitpool и Max Bitpool, вскоре они сыграют важную роль.

Так как Klipsch KMC3 умеет понимать два кодека -- обязательный для A2DP-устройства SBC кодек и опциональный, проприетарный AptX кодек -- то мы и видим две точки предоставления AVDTP-сервиса, они отличаются только типом поддерживаемого кодека, не более того.

AptX vs SBC

После получения сведений о возможностях сервисных точек AVDTP протокол сообщением Set Config выбирает работу с кодеком AptX.

Так было с Klipsch, но Edifier Spinnaker не поддерживает кодек AptX, поэтому его список сервисных точек состоял ровно из одной штуки с обязательным кодеком SBC (Low Complexity Subband Coding). В итоге дампы, снятые при установлении к двум системам, отличались лишь в выбранном кодеке передаваемого аудио!

Окей, но ведь AptX такой навороченный, платный, закрытый и пиарящийся на CeBITах, почему он, собака, начинает «замирать» в определенных условиях, и можно ли как-то заставить работать колонку Klipsch с SBC-кодеком, чтобы убедиться, что проблема именно в этом?

Для проверки я подключился к Edifier, повторил опыт с расположением ноутбука за своим телом во время записи дампа, и вот, что я увидел. Ниже представлен фрагмент AVDTP-протокола, содержащий в себе закодированный кодеком SBC фрагмент передаваемого аудио.

Т.к. SBC -- кодек открытый, то в дампе можно увидеть относящуюся к нему информацию, связанную с передаваемыми аудиоданными. В спецификацииhttp://developer.bluetooth.org/TechnologyOverview/Documents/A2DP_SPEC.pdf A2DP подробно описана работа SBC-кодека, откуда можно выяснить, что одним из ключевых параметров, влияющих в итоге на качество кодирования, является значение bitpool.

Из дампа видно, что значение bitpool для данной порции трафика равно 48, но стоило мне закрыть телом путь от ноутбука до колонки, как значение bitpool стало снижаться, сопровождаясь прерываниями и щелчками.

После того, как значение bitpool устаканилось на уровне 30, щелчки пропали, проигрывание аудио стало вновь непрерывным. Все указывало на то, что кодек выполнил автоподстройку, заметив деградацию качества сигнала.

Но неужели я своим бренным телом вносил такое существенное затухание? Что ж, время взглянуть на график индикации уровня мощности принимаемого сигнала:

Хорошее тело, качественно вносит затухание, о которое и спотыкаются кодеки. Вот только SBC-кодек подстроился под эти условия, снизив качество кодирования, а тем самым и необходимую пропускную способность, а AptX, по-видимому, нет.

Чтобы окончательно убедиться в том, что виноват AptX, я отключил его поддержку в Mac OS X и снова стал домогаться до Klipsch. Теперь был согласован кодек SBC между макбуком и колонкой, т.к. AptX'а ноутбук был принудительно лишен. Стоит ли говорить, что с SBC-кодеком Klipsch перестал так сильно заикаться в условиях падения уровня мощности сигнала?

Долго ли коротко, но проблема диагностирована, и ввиду закрытости AptX у меня не было никаких шансов повлиять на работу кодека (как это можно сделать с SBC, задав вилку значений bitpool в OS X). Поэтому осталось лишь не маячить телесами на пути видимого сигнала или использовать трюк с отключением кодека AptX в макоси.

В любом случае можно довольствоваться тем, что благодаря этой проблеме я что-то узнал про работу Bluetooth. Надеюсь, что после прочтения этой статьи, и вы сможете сказать то же самое.



2 Расчёт параметров линии связи Bluetooth. Линк бюджет

В этом расчёте учитываются все усиления и потери от передатчика через среду передачи до приёмника в беспроводной системе связи. Линк бюджет содержит параметры которые определяют мощность сигнала на входе приёмника. Факторы такие как уровень усиления антенны, уровень мощности передатчика и показатели чувствительности приёмника должны быть определены для полного анализа и оценки параметров линии связи

Следующие параметры включены в основной расчёт линк бюджета:

- мощность передатчика

- усиление антенн (передающей и приёмной)

- потери в фидерном тракте (приёмника и передатчика)

- тип и размер антенн

- потери в среде распространения

Некоторые вторичные факторы напрямую или косвенно влияют на параметры линк бюджета:

- Чувствительность приёмника (это не часть реального линк бюджета, но параметр необходимый для подсчёта вероятности приёма сигнала)

- Требуемая дальность связи

- Доступная полоса пропускания

- Объем передаваемых данных

- Протоколы передачи данных

- Интерференция и функциональная совместимость

Выражение для простого линк бюджета:

	(1)
где: - мощность сигнала на приёмной стороне [дБм] - мощность передатчика [дБм] - усиления в тракте (усиления приёмной и передающей антенн [дБ] - потери при распространении [дБ]

Выражение (1) содержит различные усиления и потери между передатчиком и приёмником. При оценке линии связи, можно спроектировать систему так, чтобы удовлетворять потребности и возможности в пределах желаемой стоимости. Определённые потери могут изменяться во времени. Для примера период возрастания отношения числа поврежденных бит (BER) для цифровых систем или период спада отношения сигнал-шум (SNR) для цифровых систем.

Дальность связи

В беспроводной связи, дальность связи обычно определяется из потерь в свободном пространстве (FSPL - Free Space Path Loss). FSPL - модель потерь мощности сигнала электромагнитной волны, проходящей в области прямой видимости, т.е. модель не предполагает нахождения препятствий на пути прохождения сигнала и не учитывает такие явления как отражения и искривления волн. Потери - это сокращение мощности сигнала электромагнитной волны при её распространении сквозь свободное пространство.

Также потери происходят при преломлении, отражении, дифракции, рассеянии электромагнитной волны. Уровень влияния этих явлений обусловлен типом местности, окружением (городской или сельской местностью, растительностью и флорой), средой распространения (влажный или сухой воздух), расстоянием между приёмником и передатчиком, высотой антенны и местоположением. Модель потерь в свободном пространстве FSPL лучше всего работает для применения вне помещений при прямой видимости приёмника и передатчика, и высоко размещёнными антеннами.

Формула для расчёта потерь при свободном распространении:

	(2)
где: -уровень потерь сигнала при распространении в свободном пространстве[дБ]; - частота несущей радиоволны [МГц] - расстояние между приёмником и передатчиком [км]

Выражение (2) подходит для расчёта идеального канала, для реального

Ко мне в руки попала интересная штуковина под названием XS-3868. Это встраиваемый модуль с чипом OVC3860, предназначенный для организации передачи данных и звука по Bluetooth протоколу. Мышка, интернет и принтер у меня уже давно подключаются к ноутбуку по воздуху, оставалось разобраться с проводами от акустики и решение было найдено в виде этого модуля.

Модуль по габаритом достаточно мелкий 17х30 мм, его можно встроить прямо в колонки. Главное организовать питание в диапазоне 3,6 - 4,2 вольта.

Кроме простого воспроизведения музыки, сам модуль может управлять некоторыми функциями телефона и плеера при воспроизведении - переключать/останавливать/запускать треки, изменять громкость, а также делать звонки. Достаточно допаять нужные кнопки к модулю.

схема из даташита на модуль

Шаг выводов на плате легко позволяет припаяться проводками, что и было сделано. Плату разводить нет желания, оставлю болтаться на проводках. Управление кнопками мне ни к чему, только найду подходящий корпус, чтобы поместились модуль вместе с аккумулятором.

Кстати про потребление, у меня получились следующие цифры: модуль сконнектился с устройством: 15-20 мА модуль сконнектился и играет музыку: 50-70 мА модуль ушел в спящий режим: <<1 мА в режим энергосбережения модуль уходит сам через 5 минут, после того как заканчивается воспроизведение музыки. если модуль ни к чему не подключен, то через пять минут он уходит в режим энергосбережения (отключается) и чтобы снова вывести его в рабочий режим нужно его сбросить или передернуть питание. Потребление в этом режиме по даташиту несколько микроампер.

Поэтому думаю, что аккумулятора на 2000мА/ч должно хватить на долго.



3 Безопасность жизнедеятельности

3.1 Характеристика вредных факторов при работе с ПК

Все исследования характеристик, а также расчеты проводятся на компьютере, поэтому рассмотрим вредные факторы и требования по электро, пожаробезопасности в помещении при работе на компьютере.

Операторы, работающие на компьютере, подвергаются воздействию различных физических и психологических факторов, опасных для здоровья человека. Этими факторами могут быть:

Повышенная температура окружающей среды на рабочем месте оператора. Так как персональные компьютеры (ПК) являются источником выделения значительного количества тепла во время работы, это необходимо учитывать при организации температурного режима помещений, в которых установлено компьютерное оборудование.

Отсутствие или недостаток естественного света, недостаточная освещенность рабочего места оператора.

Электрический ток, статическое электричество. Компьютерное оборудование питается от сети 220В, это повышает требования к применению мер обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала.

Умственное перенапряжение, перенапряжение зрительных органов, монотонность труда.

Шум вентиляторов охлаждения оборудования.

Мониторы компьютеров с электронно-лучевыми трубками, за которыми работают операторы ЭВМ, являются источником вредных излучений, которые неблагоприятно влияют на здоровье человека. Существуют два типа излучений, возникающих при работе монитора: электростатическое и электромагнитное. Первое возникает в результате облучения экрана потоком заряженных частиц. Неприятности, вызванные им, связаны с пылью, накапливающейся на электростатических заряженных экранах, которая лежит на пользователе во время его работы за дисплеем. Результаты медицинских исследований показывают, что такая электризованная пыль может вызвать воспаление кожи. Электромагнитное излучение создается магнитными катушками отклоняющей системы. Специальные измерения показали, что силовые поля появляются даже вокруг головы оператора во время его работы за дисплеем. Зарегистрированы десятки случаев возникновения болезней, связанных с работой на компьютере. Выявлена связь между работой на компьютере и такими недомоганиями как, стенокардия и различные стрессовые состояния, сыпь на коже лица, хронические головные боли, головокружения, повышенная раздражительность, депрессивные состояния, снижение концентрации внимания, нарушение сна.

У современных мониторов показатели электромагнитного излучения и вовсе малы. Чтобы снизить излучение, мониторы должны включаться только в заземлённую электрическую розетку.

3.2 Организация рабочего места с ПК

Рабочее место с ПК должно располагаться по отношению к оконным проемам таким образом, чтобы естественный свет падал сбоку, предпочтительнее слева.

Компьютер должен быть установлен так, чтобы, подняв глаза от экрана, можно было увидеть самый удаленный предмет в комнате. Удачным является расположение рабочего места, когда лицо оператора обращено к входному проему. Возможность перевести взгляд на дальнее расстояние - один из самых эффективных способов разгрузки зрительной системы во время работы с компьютером. Следует избегать расположения рабочего места в углах комнаты или лицом к стене - расстояние от компьютера до стены не менее 1м, экраном к окну, а также лицом к окну - свет из окна является нежелательной нагрузкой на глаза. Если компьютер все же размещен в углу комнаты, или помещение имеет весьма ограниченное пространство, американские специалисты рекомендуют установить на столе большое зеркало. С его помощью легко увидеть самые дальние предметы комнаты, расположенные за спиной оператора.

При наличии нескольких компьютеров в одной комнате расстояние между экраном одного монитора и задней стенкой другого должно быть не менее 2м. Расстояние между боковыми стенками двух соседних мониторов должно быть не меньше 1,2м. Не допускается расположение мониторов экранами навстречу друг другу, т.е. пользователь не должен иметь визуального контакта с экранами других дисплеев.

3.3 Требования к санитарно-гигиеническим параметрам рабочих мест. Требования к рабочим помещениям

Помещение для работы должно быть достаточно просторным и хорошо проветриваться. Минимальная площадь на одно рабочее место должна составлять не менее 6м² для мониторов на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) и 4,5м² для ВДТ на базе плоских дискретных экранов (жидкокристаллических (ЖК), плазменных. При использовании ПЭВМ на базе ЭЛТ без вспомогательных устройств - принтер, сканер и других устройств, отвечающих требованиям международных стандартов безопасности компьютеров с продолжительностью работы менее 4 часов в день допускается минимальная площадь 4,5м² на одно рабочее место пользователя (взрослого и учащегося высшего профессионального образования). Не допускается размещать рабочие места во всех образовательных и культурно-развлекательных учреждениях для детей и подростков в подвальных и цокольных помещениях.

Помещения должны иметь естественное и искусственное освещение. Естественное должно осуществляться через окна, ориентированные преимущественно на север и северо-восток, и обеспечивать коэффициент естественной освещенности (КЕО) не ниже 1,2 в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5 на остальной территории (указанные значения КЕО нормируются для зданий, расположенных в III световом климатическом поясе). Оконные проемы должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и других устройств. Эксплуатация ПЭВМ в помещениях без естественного освещения допускается только при соответствующем обосновании и наличии положительного санитарно-эпидемиологического заключения, выданного в установленном порядке.

Для внутренней отделки интерьера помещений применяются диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка - 0,7- 0,8; для стен - 0,5-0,6; для пола - 0,3-0,5.

Полимерные материалы используются для внутренней отделки интерьера при наличии санитарно-эпидемиологического заключения.

Помещения, где размещаются рабочие места с ПЭВМ, должны быть оборудованы защитным заземление (занулением) в соответствии с техническими требованиями по эксплуатации.

Не следует размещать рабочие места вблизи силовых кабелей и вводов, высоковольтных трансформаторов, технологического оборудования, создающего помехи при работе ПЭВМ.

3.4 Требования к микроклимату

В помещениях, где работа на ВДТ и ПЭВМ является основной, должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата, приведенные в таблице 7.1.

Для повышения влажности воздуха в помещениях следует применять увлажнители воздуха, заправляемые ежедневно дистиллированной или питьевой водой.

Оптимальные нормы микроклимата для помещений с ВДТ и ПЭВМ

Таблица 7.1

Период года	Категория работ	Температура воздуха С є, не более	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный	Легкая - 1а	22-24	40-60	0,1
	Легкая - 1б	21-23	40-60	0,1
Теплый	Легкая - 1а	23-25	40-60	0,1
	Легкая - 1б	22-24	40-60	0,2

Примечания: к категории 1а относятся работы, производимые сидя и не требующие физического напряжения, при которых расход энергии составляет до 120ккал/ч; к категории 1б относятся работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением, при которых расход энергии составляет от 120 до 150 ккал/ч.

3.5 Требования к уровню шума

Источников шума при работе с ПЭВМ несколько: это и вентиляторы, охлаждающие блок питания, процессор и графическую плату; приводы оптических и жестких дисков. В результате генерируется весьма широкий спектр звуков (включая ультразвук), причем каждый компьютер отличается в этом смысле своей индивидуальностью. Корпус компьютера при этом играет роль резонатора: он привносит в общую картину шума низкочастотные составляющие

При выполнении основной работы уровень шума не должен превышать 50 дБА.

В помещениях, где работают инженерно-технические работники, осуществляется лабораторный, аналитический или измерительный контроль, уровень шума не должен превышать 60 дБА.

В помещениях операторов ЭВМ (без дисплеев) уровень шума не должен превышать 65дБА.

На рабочих местах в помещениях для размещения шумных агрегатов вычислительных машин (АЦПУ, принтеры) уровень шума не должен превышать 75дБА. Снизить уровень шума в помещениях можно использованием звукопоглощающих материалов. Дополнительным звукопоглощением могут служить однотонные занавеси из плотной ткани, гармонирующие с окраской стен и подвешенные в складку на расстоянии 15-20см от ограждения. Ширина занавеси должна быть в два раза больше ширины окна. А снизить уровень шума самого компьютера можно при правильном и качественном выборе комплектующих - вентиляторов, кулера, блока питания, звукоизолирующего бокса для подавления шума винчестера и так далее.

3.6 Требования к освещению рабочих мест

Требования к естественному освещению изложены выше.

Искусственное освещение в помещениях с ВДТ и ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно-общественных помещениях, в случае преимущественной работы с документами, допускается применение системы комбинированного освещения.

Освещенность поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300-500лк.

Следует ограничивать прямую и отраженную блесткость на рабочих поверхностях за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения.

В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ. При устройстве отраженного освещения в производственных и административно-общественных помещениях допускается, применение метало галогенных ламп мощностью до 250Вт. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения. Коэффициент запаса (Кз) для осветительных установок общего освещения должен приниматься равным 1,4.

Общее освещение следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно мышц зрения пользователя при рядном расположении компьютеров.

При периметральном расположении компьютеров линии светильников должны располагаться локализовано над рабочим столом ближе к его переднему краю, обращенному к оператору.

Для обеспечения нормируемых значений освещенности следует проводить чистку стекол оконных рам и светильников не реже 2 раз в год и проводить своевременную замену сгоревших ламп.

3.7 Требования к излучениям

Уровни электромагнитных излучений, считающихся безопасными для здоровья, регламентируются нормами MPR II 1990: 10 Шведского национального комитета по измерениям и испытаниям, которые считаются базовыми, и более жесткие нормы ТСО 92, 95 Шведской конференции профсоюзов. Российский нормативный документ Госкомсанэпидемнадзора «Гигиенические требования к видео дисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы» полностью совпадают в части уровней ЭМИ с требованиями MPR II (табл. 2).

Допустимые значения не ионизирующих электронно-магнитных излучений



Таблица 7.2

Наименование параметров	Допустимые значения
Напряженность электрического поля - в диапазоне частот 5Гц - 2кГц - в диапазоне частот 2 - 400кГц	25В/м 2,5В/м
Плотность магнитного потока- - в диапазоне частот 5Гц - 2кГц - в диапазоне частот 2 - 400кГц	250нТл 25нТл
Электростатический потенциал экрана видеомонитора	500

Напряженность электростатического поля не должна превышать 20кВ/м для взрослых пользователей, 15кВ/м - для детей дошкольных учреждений, учащихся средних специальных и высших учебных заведений.

3.8 Требования к организации медицинского обслуживания

Лица, выполняющие работы, связанные с объектом различения от 0,3 до 1мм; а также лица, работающие с ПЭВМ более 50% рабочего времени (профессионально связанные с эксплуатацией ПЭВМ) должны проходить обязательные предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры (Положение). Работы с повышенной опасностью. Организация проведения. ПОТ РО 14000-005-98; Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда. Р 2.2.2006-05; Приказ № 302н (п.3.2.2.4) от 12.04.2011 г. Об утверждении перечней вредных и(или) опасных производственных факторов и работ, при выполнении которых проводятся предварительные и периодические медицинские осмотры (обследования), и порядка проведения обязательных предварительных и периодических медицинских осмотров (обследований) работников, занятых на тяжелых работах и на работах с вредными и(или) опасными условиями труда.

К непосредственной работе с ВДТ и ПЭВМ допускаются лица, не имеющие медицинских противопоказаний.

Основные медицинские противопоказания для работы с ПК-заболевания глаз - зрительного анализатора. Противопоказаниями для работы, связанной с наблюдениями за экраном мониторов, являются [19]:

- острота зрения с коррекцией ниже 1.0 и различная на оба глаза;

- аномалии рефракции;

- астигматизм;

- отсутствие бинокулярного зрения;

- снижение аккомодации ниже возрастных норм;

- лагофтальм;

- заболевания зрительного нерва, сетчатки;

- глаукома;

- нарушение цветоощущения (если цвет несет информационную нагрузку);

- хронические воспалительные или аллергические заболевания защитного аппарата и оболочек глазного яблока.

В зависимости от характера выполняемой работы (определяется, в основном, размером необходимых для различения объектов на экране и длительностью непрерывного времени наблюдения за экраном) противопоказания различны, в том числе различны и конкретные требования по остроте зрения и аномалиям рефракции. Для современных мониторов с хорошим разрешением объекты на экране (например, запятые, точки, двоеточия) явно меньше 1мм при работе практически во всех пользовательских программах.