Bluetooth - bezprzewodowa transmisja danych na niewielkie odległości, część 1.PDF - Bluetooth - walbo48

S P R Z Ę T

Bezprzewodowa transmisja danych

na niewielkie odległości, część 1

W†1994 roku szwedzki koncern te-

lekomunikacyjny Ericsson rozpocz¹³

prace badawcze nad ìkomputerowym

interfejsem wykorzystuj¹cym fale ra-

dioweî. Projekt ten na czeúÊ Haralda

I†SinozÍbego (syn krÛla Gnome i†krÛ-

lowej Thyre, urodzony w†908 roku

w†Danii) nazwano Bluetooth. Harald

I†by³ wielkim wojownikiem, ktÛry

w†970 roku podbi³ ca³¹ NorwegiÍ.

Wikingowie nazywali Haralda BlaTan

- Bla oznacza siny, ciemnoskÛry (od

jego ciemnej karnacji), a†Tan - wielki

Pan. Tonn w†ich jÍzyku oznacza³ z¹b,

st¹d zapewne przek³amanie i†angiels-

ka nazwa Harald I Bluetooth.

Tyle historii, przechodzimy do

wspÛ³czesnoúci. W†1997 roku do Eric-

ssona do³¹czy³y inne wielkie koncer-

ny, jak Lucent, Motorola, Microsoft,

3COM, tworz¹c tzw. SIG ( Special In-

terest Group ). Opracowany przez nich

interfejs mia³ byÊ tani, a†technologia

udostÍpniana bez op³at patentowych

firmom, ktÛre bÍd¹ przystÍpowaÊ do

SIG. Pierwsze prototypowe urz¹dzenie

wykorzystuj¹ce Bluetooth powsta³o

w†roku 1999. By³a to s³ynna bezprze-

wodowa s³uchawka Ericssona do te-

lefonu komÛrkowego (jej nowsz¹ wer-

sjÍ pokazujemy na fot. 1 ).

Z interfejsem Bluetooth uøytkownicy oswajaj¹ siÍ wolniej niø

z interfejsem USB. Jednak obydwa nie maj¹ zbyt ³atwej

drogi, g³Ûwnie ze wzglÍdu na swoje skomplikowanie, ktÛre

zmusza konstruktorÛw i uøytkownikÛw do studiowania ich

bardzo obszernych norm. Stan ten uleg³ pewnej poprawie

wraz z†pojawieniem siÍ kompletnych modu³Ûw Bluetooth, ale

jak wskazuje praktyka, jest to poprawa tylko czÍúciowa.

Niestety, przez d³ugi czas by³o to

jedyne dzia³aj¹ce i†istniej¹ce urz¹dze-

nie wykorzystuj¹ce tÍ technologiÍ.

Znakomita wiÍkszoúÊ opisywanych

urz¹dzeÒ stanowi³a tylko marketingo-

wy szum lub poboøne øyczenia. Fir-

mom brakowa³o ludzi, ktÛrzy potrafi-

liby przedrzeÊ siÍ przez obszern¹ do-

kumentacjÍ standardu oraz zaj¹Ê siÍ

tworzeniem oprogramowania. Jeszcze

w†zesz³ym roku istnia³y ogromne

trudnoúci ze znalezieniem producen-

ta - sprzedawcy samych modu³Ûw lub

chipÛw do BT ( fot. 2 ) - pomimo de-

klarowania dostÍpnoúci tych uk³adÛw

w†ofertach takøe najwiÍkszych firm

pÛ³przewodnikowych.

siÍ aø 1600 razy na sekundÍ (FH od

Frequency Hopping ) oraz trzy metody

korekcji b³ÍdÛw:

- nadmiarowe zabezpieczenie typu

FEC ( Forward Error Correction )

o†wspÛ³czynniku 1/3,

- nadmiarowe zabezpieczenie typu

FEC o†wspÛ³czynniku 2/3,

- zabezpieczenie typu ARQ ( Automa-

tic Repeat Request ).

Niestety, czÍsto okazywa³o siÍ, øe

pomimo zastosowania w modu³ach

BT skomplikowanych technik zabez-

pieczaj¹cych, ich pracÍ skutecznie

potrafi³a zak³ÛciÊ np. pracuj¹ca obok

kuchenka mikrofalowa.

Nadajniki w†systemie BT dysponu-

j¹ niewielk¹ moc¹: w†klasie A mak-

symalna dopuszczalna moc ma war-

toúÊ 10 mW, co teoretycznie zapew-

nia zasiÍg ok. 10 metrÛw. W†klasie

B†maksymalna dopuszczalna moc wy-

nosi juø 100 mW, co pozwala oczeki-

waÊ zasiÍgu do 100 metrÛw. Maksy-

malna prÍdkoúÊ z†jak¹ moøemy prze-

KrÛtki opis techniczny

Modu³ BT to z†za³oøenia ma³y ele-

ment - najmniejsze z†nich maj¹ po-

wierzchniÍ 1†cm 2 (wygl¹d przyk³ado-

wych modu³Ûw BT pokazano na fot.

3 i† 4 ) - pobieraj¹cy niewiele pr¹du,

maj¹cy niewielki zasiÍg i†odporny na

zak³Ûcenia. Uk³ady interfejsÛw pracu-

j¹ w†paúmie 2,4†GHz, dziÍki czemu

do korzystania z†nich nie jest po-

trzebna licencja. Kana³ radiowy BT

zajmuje pasmo o†szerokoúci ok. 85

MHz. Ze wzglÍdu na duøy poziom

zak³ÛceÒ elektromagnetycznych wystÍ-

puj¹cych w†otoczeniu, urz¹dzenia BT

zosta³y wyposaøone w†specjalne me-

chanizmy obrony przed nimi. S¹ to

miÍdzy innymi pseudolosowa zmiana

czÍstotliwoúci pracy, ktÛra odbywa

Fot. 1

Fot. 2

Elektronika Praktyczna 12/2002

S P R Z Ę T

Fot. 3

trafi¹ bowiem stworzyÊ mikrosieÊ,

tzw. PicoNet. W†PicoNecie moøe byÊ

maksymalnie 8†urz¹dzeÒ BT, w†tym 7

podrzÍdnych oraz jedno zarz¹dzaj¹ce.

I†tu niestety kolejne rozczarowanie:

wiele z†testowanych modu³Ûw BT nie

potrafi³o utworzyÊ PicoNetu.

RÛwnieø wiele obecnie dostÍpnych

urz¹dzeÒ tego nie potrafi lub potrafi

stworzyÊ sieÊ PicoNet tylko z†dwoma

lub trzema urz¹dzeniami.

s³aÊ dane wynosi 1†Mbd. Nie jest ona

rÛwnoznaczna z†prÍdkoúci¹ wymiany

danych, poniewaø sk³adaj¹ siÍ na ni¹:

- potrÛjne, rÛwnoleg³e synchroniczne

kana³y po 64 kbd, kaødy do prze-

sy³ania mowy.

- kana³ synchroniczny po 432,6 kbd

w†obie strony albo

- kana³ asynchroniczny 721 kbd

i†57,6 kbd w†jedn¹ stronÍ.

Dodatkowo, dane przesy³ane drog¹

radiow¹ mog¹ byÊ zaszyfrowane za

pomoc¹ 128 bitowych kluczy. Nieste-

ty, modu³y i†urz¹dzenia, ktÛre wyko-

rzystywa³em w†swoich opracowa-

niach, po prze³¹czeniu w†ten tryb za-

chowywa³y siÍ bardzo niestabilnie.

Podczas transmisji g³osu lub danych

wielokrotnie dochodzi³o do zrywania

po³¹czenia i znacz¹co zmniejsza³ siÍ

transfer. Prawdopodobnie proces szyf-

rowania po³¹czenia zabiera³ zbyt wie-

le mocy obliczeniowej procesorowi

steruj¹cemu BT.

Uk³ady modu³Ûw BT posiadaj¹ jesz-

cze jedn¹ interesuj¹c¹ moøliwoúÊ, po-

Profile, warstwy, o†co

w†tym wszystkim chodzi?

Jak fizycznie komunikowaÊ siÍ z†mo-

du³em BT? Moøna to zrobiÊ dwoma

sposobami. W pierwszym moøna

wykorzystaÊ standardowe z³¹cze RS232,

ale wtedy musimy siÍ liczyÊ z†tym, øe

nie bÍdziemy mogli przesy³aÊ danych

szybciej niø 115 kbd oraz øe wiele mo-

du³Ûw nie obs³uguje strumienia mowy

przez to z³¹cze (oczywiúcie dzia³a

osobne wyjúcie PCM).

W drugim sposobie wykorzystuje

siÍ ³¹cze USB. Aby przes³aÊ nasze

dane do/z Bluetootha oraz nim stero-

waÊ, musimy skorzystaÊ z†protoko³u

HCI ( Host Controller Interface ). Jest

to najniøsza dostÍpna dla uøytkowni-

ka warstwa ( rys. 5 ).

W†ramkach protoko³u HCI s¹

umieszczane ramki warstwy L2CAP

( Logical Link Control And Adaptation

Protocol). Warstwa ta jest odpowie-

dzialna za komunikacjÍ na wielu ka-

na³ach, wspÛ³dzielenie ³¹cza, transmi-

towanie przez wyøsze warstwy

swoich porcji danych (maks. 64 kB).

Warstwy HCI i†L2CAP musz¹ byÊ

zaimplementowane w†module BT

oraz pod³¹czonym do niego mikro-

kontrolerze. Natomiast wyøsze wars-

twy (oparte na L2CAP) s¹ zaimple-

mentowane w†oprogramowaniu mik-

rokontrolera. Kolejne warstwy:

RFCOMM, TCS, SDP s¹ w†zasadzie

sobie rÛwnowaøne pod wzglÍdem

miejsca w†tzw. stosie BT.

Warstwa RFCOMM (moim zda-

niem najtrudniejsza do zrozumienia,

wymaga wczeúniejszego przeczytania

i†opanowania normy ETSI TS 07.10)

Rys. 5

jest odpowiedzialna za tworzenie wir-

tualnych ³¹cz szeregowych (RS232).

Maksymalnie moøe byÊ ich 60. WiÍk-

szoúÊ aplikacji uøywa warstwy

RFCOMM do przesy³ania danych.

Warstwa SDP ( Service Discovery

Protocol ) pozwala na identyfikacjÍ

drugiej strony (klient) lub udzielenie

informacji o†sobie (serwer). Upra-

szczaj¹c - modu³ BT dziÍki SDP mo-

øe wykryÊ np. wszystkie s³uchawki

bezprzewodowe w†swoim otoczeniu

lub informowaÊ inne urz¹dzenia, øe

jest drukark¹ laserow¹.

OprÛcz wyøej wymienionych

warstw istniej¹ tzw. profile. Profile

s¹, krÛtko mÛwi¹c, aplikacjami, ka-

wa³kami programÛw, ktÛre komuniku-

j¹c siÍ poprzez warstwy (korzystaj¹

z†RFCOMM do utworzenia wirtualne-

go ³¹cza RS232 - umoøliwiaj¹ np. do-

stÍp do Internetu poprzez ³¹cze bez-

przewodowe), daj¹ moøliwoúÊ korzys-

tania z†FTP, WAP, s³uchawki bez-

przewodowej. W†zasadzie kaøda fun-

kcja BT (na poziomie uøytkownika)

jest opisywana i†standaryzowana za

pomoc¹ profili.

Henryk Nowak

Dodatkowe informacje

Fot. 4

Dodatkowe informacje s¹ dostêpne na p³ycie

CD-EP12/2002B oraz w Internecie pod adresami:

- http://www.bluetooth.com/pdf/Bluetooth_11_-

Specifications_Book.pdf,

- http://www.bluetooth.com/pdf/Bluetooth_11_-

Profiles_Book.pdf,

- http://www.bluetooth.prv.pl.

Elektronika Praktyczna 12/2002

Bluetooth - bezprzewodowa transmisja danych na niewielkie odległości, część 1.PDF

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: