Беспроводные
(wireless)
интерфейсы позволяют освободить
устройства от связывающих их интерфейсных
кабелей, что особенно привлекательно для
малогабаритной периферии, по размеру и
весу соизмеримой с кабелями. В беспроводных
интерфейсах используются электромагнитные
волны инфракрасного (IrDA)
и радиочастотного (Bluetooth)
диапазонов. Кроме этих интерфейсов
периферийных устройств существуют и
беспроводные способы подключения к
локальным сетям.
Bluetooth
(синий зуб) — это фактический стандарт на
миниатюрные недорогие средства передачи
информации с помощью радиосвязи между
мобильными (и настольными) компьютерами, мобильными
телефонами и любыми другими
портативными устройствами на небольшие
расстояния. Разработкой спецификации
занимается группа лидирующих фирм в
областях телекоммуникаций, компьютеров и
сетей — 3Com, Ericsson, IBM, Intel,
Microsoft, Motorola, Nokia,
Toshiba. Эта группа,
образовавшая Bluetooth Special Interest
Group, и вывела
данную технологию на рынок. Доступность и открытость
спецификации способствует
ее быстрому распространению. Само
название представляет собой прозвище
датского короля, объединившего Данию и
Норвегию, — намек на всеобщую объединяющую
роль технологии.
Каждое
устройство Bluetooth
имеет радиопередатчик и приемник,
работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот
диапазон в большинстве стран отведен для
промышленной, научной и медицинской
аппаратуры и не требует лицензирования, что
обеспечивает повсеместную применимость
устройств. Для Bluetooth
используются радиоканалы с дискретной
(двоичной) частотной модуляцией, несущая
частота каналов F
= 2402 + k (МГц), где k
= 0,...,78. Кодирование простое — логической
единице соответствует положительная
девиация частоты, нулю — отрицательная.
Передатчики могут быть трех классов
мощности, с максимальной мощностью 1, 2,5 и 100
МВт, причем должна быть возможность
понижения мощности с целью экономии
энергии.
Передача
ведется с перескоком несущей частоты с
одного радиоканала на другой, что помогает
в борьбе с интерференцией и замираниями
сигнала. Физический канал
связи представляется определенной
псевдослучайной последовательностью
используемых радиоканалов (79 или 23
возможных частот). Группа устройств,
разделяющих один канал (то есть
использующих одну и ту же
последовательность перескоков), образует
так называемую пикосеть
(piconet), в которую может
входить от 2 до 8 устройств. В каждой
пикосети имеется одно ведущее устройство и
до 7 активных ведомых. Кроме того, в зоне
охвата ведущего устройства в его же
пикосети могут находиться «припаркованные»
ведомые устройства: они тоже «знают»
последовательность перескоков и
синхронизируются (по перескокам) с ведущим
устройством, но не могут обмениваться
данными до тех пор, пока ведущее
устройство не разрешит их активность.
Каждое активное ведомое устройство
пикосети имеет свой временный номер (1-7);
когда ведомое устройство деактивируется (паркуется),
оно отдает свой номер для использования
другими. При
последующей активизации оно уже может
получить иной номер (потому он и временный).
Пикосети могут перекрываться зонами
охвата, образуя «разбросанную» сеть (scatternet).
При этом в каждой пикосети ведущее
устройство только одно, но ведомые
устройства могут входить в несколько
пикосетей, используя разделение времени (часть
времени он работает в одной, часть — в
другой пикосети). Более того, ведущее
устройство одной пикосети может быть
ведомым устройством другой пикосети. Эти
пикосети никак не синхронизированы, каждая
из них использует свой канал (последовательность
перескоков).
Канал
делится на тайм-слоты длительностью 625 мкс,
слоты последовательно нумеруются с
цикличностью 227. Каждый тайм-слот
соответствует одной частоте несущей в
последовательности перескоков (соответственно
1600 перескоков в секунду).
Последовательность частот определяется
адресом ведущего устройства пикосети.
Передачи ведутся пакетами, каждый пакет
может занимать от 1 до 5 тайм-слотов. Ведущее
и ведомые устройства ведут передачу
поочередно: в четных слотах передачу ведет
ведущее устройство, а в нечетных —
адресованное им ведомое устройство.
Между ведущим и ведомыми
устройствами могут устанавливаться
физические связи двух типов: синхронные и
асинхронные.
Синхронные связи (они же
изохронные) с установлением соединения, SCO
link (Synchronous Connection-Oriented), используются для
передачи изохронного трафика (например,
оцифрованного звука). Эти связи типа «точка—точка»
предварительно устанавливает ведущее
устройство с выбранными ведомыми
устройствами, и для каждой связи
определяется период (в слотах), через
который для нее резервируются слоты. Связи
получаются симметричные двусторонние.
Повторные передачи пакетов в случае ошибок
приема не используются. По сетевой
классификации связи SCO относятся к коммутации
цепей.
Асинхронные связи без
установления соединения, ACL
link (Asynchronous Connection-Less), реализуют коммутацию
пакетов по схеме «точка—множество точек»
между ведущим устройством и всеми ведомыми
устройствами пикосети. Ведущее устройство
может связываться с любым из ведомых
устройств пикосети в слотах, не занятых под SCO, послав ему пакет и потребовав
ответа. Ведомое устройство имеет право на
передачу, только получив обращенный к нему
запрос ведущего устройства (безошибочно
декодировав свой адрес). Для большинства
типов пакетов предусматривается повторная
передача в случае обнаружения ошибки
приема. Ведущее устройство может посылать и
безадресные широковещательные пакеты для
всех ведомых устройств своей пикосети.
Защита
данных от искажения и контроль
достоверности производится несколькими
способами. Данные некоторых типов пакетов
защищаются CRC-кодом, и приемник информации
должен подтверждать прием правильного
пакета или сообщить об ошибке приема. Кроме
того, применяется избыточное
кодирование: каждый
полезный бит передается трижды, что
позволяет выбрать наиболее правдоподобный
вариант мажорированием.
Каждый
голосовой канал
обеспечивает скорость по 64 Кбит/с в обоих
направлениях. Для передачи
высококачественного аудиосигнала
голосовые каналы Bluetooth непригодны, однако сжатый
сигнал (например, поток МРЗ) вполне можно
передавать по асинхронному каналу передачи
данных. Асинхронный
канал может обеспечивать максимальную
скорость 723,2 Кбит/с в асимметричной
конфигурации (оставляя для обратного
канала полосу 57,6 Кбит/с) или же 433,9 Кбит/с в
каждую сторону в симметричной конфигурации.
Для обеспечения безопасности в Bluetooth применяется аутентификация
и шифрование данных
на уровне связи, которые
могут дополняться средствами верхних
протокольных уровней.
В рамках спецификации
Bluetooth
определены несколько
протоколов.
Важной частью Bluetooth
является протокол
обнаружения сервисов SDP (Service Discovery Protocol),
позволяющий устройству использовать
функциональность окружающего его
оборудования. В дальнейшем, установив
соединение, устройство сможет
воспользоваться требуемыми сервисами (например,
выводить документы на печать, подключиться
к Сети и т. п.).
Протокол RFCOMM
обеспечивает эмуляцию последовательного
порта (9-проводного RS-232). С его помощью
традиционные кабельные соединения
устройств могут
быть легко заменены на радиосвязь, без
каких-либо модификаций ПО верхних уровней.
Протокол позволяет устанавливать и
множественные связи (одного устройства с
несколькими), и радиосвязь заменит
громоздкие и дорогие мультиплексоры и
кабели. Через RFCOMM может работать и протокол РРР,
над которым стоят протоколы стека TCP/IP, — это открывает дорогу во
все приложения для Интернета. Через RFCOMM
работают АТ-команды,
управляющие телефонными соединениями и
сервисами передачи факсов (эти же команды
используются в модемах для коммутируемых
линий).
Интерфейс хост-контроллера
HCI
(Host Controller Interface)
— это единообразный метод доступа к
аппаратно-программным средствам нижних
уровней Bluetooth. Он предоставляет
набор команд для управления радиосвязью,
получения информации о состоянии и
собственно передачи данных. Физически
аппаратура Bluetooth
может подключаться к различным
интерфейсам: шине расширения (например, PC
Card), шине USB, СОМ-порту. Для каждого из
этих подключений имеется соответствующий
протокол транспортного уровня HCI — прослойка, обеспечивающая
независимость HCI от способа подключения.