ΤΕΧΝΟΛΟ ΓΙ ΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΗΠΕΙΡΟΥ ΣΧΟΛΗ Δ ΙΟ Ι ΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ:ΤΗΛΕ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ Δ ΙΟ Ι ΚΗΣΗΣ

Transcript

1 119 ΤΕΧΝΟΛΟ ΓΙ ΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΗΠΕΙΡΟΥ ΣΧΟΛΗ Δ ΙΟ Ι ΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ:ΤΗΛΕ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ Δ ΙΟ Ι ΚΗΣΗΣ Πρωτ όκολλο Bluetooth, εφα ρ μογές στα ασύρ ματα δίκτυα. Ο Bluetooth ΤΣΙΛΙ ΚΟΣ ΓΕΩΡ ΓΙΟΣ ΕΠ Ι ΒΛΕΠ ΟΝ ΚΑΘ Η Γ ΗΤΗΣ: ΛΑΜΠΡΟΥ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΑΡΤΑ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2004

2 ΣΥΝΕΡΓΑΊΉΣΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΛΑΜΠΡΟΥ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΤΣΙΛΙΚΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Φεβρουάριος 2004 ΑΡΤΑ Πτυχιακή εργασία μέρος των απαιτήσεων του τμήματος Τηλεπληροφορικής και διοίκησης

3 Η σκέψη ραδιουργεί...

4 Bluetooth ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το bluetooth μια νέα ανερχόμενη τεχνολογία στον τομέα την ασύρματης τεχνολογίας και αποτελεί το θέμα της παρακάτω εργασίας. Ένα εισαγωγικό κείμενο παρουσιάζεται στην σ~cηνή και αρχίζει την αφήγηση του στον κόσμο που βασιλεύει το ασύρματο πρότυπο bluetοοth(κεφάλαιο!). Έπειτα στο κεφαλαίο 2 αναλύεται η εγκατάσταση σύνδεσης μεταξύ 2 συσκευών καθώς και οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την αποφυγή της παρεμβολής. Στο κεφάλαιο 3 προβάλουν τα πακέτα και η δομή τους καθώς και ο τρόπος διευθυνσιοδότησης των συσκευων. Επιπλέον περιγράφεται η τεχνολογία TDD καθώς και ο τρόπος μεταγωγής πακέτων. Στο κεφάλαιο 4 η Αρχιτεκτονική παίρνει τα ηνία και μας εξηγεί την δομή της λίστας πρωτοκόλλου του Bluetooth, όπως επίσης και τα διάφορα profile που χρησιμοποιούνται. Έπειτα στο κεφάλαιο 5 μαθαίνουμε να ασφαλίζουμε τις συνδέσεις που πραγματοποιούμε μεταξύ των συσκευών και στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα μοντέλα χρήσης. Η σύγκριση με άλλες ασύρματες τεχνολογίες όπως η HomeRF,WI/FI και IRDA έρχεται να γεμίσει το 7 κεφάλαιο. Η αυλαία πέφτει με τα συμπεράσματα και τη μελλοντική χρήση του Bluetooth να ολοκληρώνουν αυτό το project πάνω σε αυτήν την τεχνολογία. 1

5 Bluetooth ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΆΛΑΙΟ 1- Ε ΙΣΑΓΩΓΉ Εισαγωγή Γιατί να πετάξουμε τα καλώδια Πλεονεκτήματα ασύρματου δικτύου Πλεονεκτήματα ενσύρματου δικτύου Κανονισμός των ζωνών χωρίς άδεια Ιστορικό Η ομάδα ενδιαφέροντος Bluetooth σελ ΚΕΦΆΛΑΙΟ 2 ΝΚΑΘΙΕΡΩΣΗ PICONET Γενικά 15 Τι είναι piconet 15 Επιτρέποντας την παρεμβολή 18 Frequency Hop Spread Spectrum(FHSS) 18 Συγχρονισμός μεταξύ συσκευών 20 Εξέταση της ισχύος και της απόστασης 21 Κατηγορίες ισχύος πομπού 22 Εγκατάσταση συνδέσεων 24 Δραστηριότητες συνδέσεων από σημείο σε σημείο 25 Γενική καθιέρωση piconet 26 Χρόνοι ανακάλυψης συσκευών 28 Καταστάσεις Χαμηλής ισχύος 31 Snuf 32 Hold 33 Park 34 2

6 Bluetooth ΚΕΦΆΛΑΙΟ 3 Ν ΜΕΤ ΑΔΟΣΗ ΠΑΚΕΤΩΝ Εισαγωγή Time Division Duplexing (TDD) Λειτουργία single-slave Λειτουργία multi-slave Πακέτα multislot Φυσικές συνδέσεις Σύγχρονη σύνδεση (SCO) Ασύγχρονη σύνδεση (ACL) Διευθύνσεις και ονόματα Bluetooth Διεύθυνση συσκευών (BD_ADDR) Active member Address(AM_ADDR) Parked Member Address (PM_ADDR) Διαμόρφωση πακέτων baseband Access code Header Payload Πακέτα στις φυσικές συνδέσεις ACL για δεδομένα SCO για μετάδοση φωνής ΚΕΦΆΛΑΙΟ 4 Ν ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ BLUETOOTH Επίπεδο ραδιοζεύξης Baseband Link manager Link manager protocol Γενική περίοδος συνδέσεων L2CAP L2CAP για Data Λειτουργίες L2CAP

7 Bluetooth HCI 71 Λειτουργίες HCI 72 RFCOMM ΟΒΕΧ 73 ΡΡΡ 74 TCS BINARY 74 SDP ~ WAP 75 PROFILES 76 Γενικά profiles 78 GAP 78 SDAP 79 Τα υπόλοιπα profiles 81 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 5 Ν ΑΣΦΆΛΕΙΑ Εισαγωγή 84 Επισκόπηση της Bluetooth ασφάλειας 85 Επίπεδα ασφάλειας 86 Περίληψη των διαδικασιών ασφάλε ιας 87 Πιστοποίηση 89 Εξου σιοδότηση 89 Κρυπτογράφηση 93 Διαχείριση ασφάλειας 95 ΚΕΦΆΛΑΙΟ 6 ΝΜΟΝΤΕΛΑ ΧΡΗΣΗΣ Επισκόπηση των εφαρμογών Bluetooth 98 Τρία σε ένα τη λέφωνο 98 Headset 100 Γέφυρα διαδικτύου 100 Data access point 101 Ώθηση αντικειμένου και μεταφορά αρχείων 102 Αυτόματος συγχρονισμό ς 102 Άλλες χρήσεις Bluetooth 103 n 4

8 Bluetooth ΚΕΦΆΛΑΙΟ 7 Ν ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΑΛΛΑ ΑΣΥΡΜΑΤ Α ΠΡΟΤΥΠΑ IRDA Πως λειτουρ'υεί το IRDA Πλεονεκτήματα IRDA Μειονεκτήματα IRDA Πως συγκρίνεται το IRDA με Bluetooth HomeRF Πως λειτουρ'υεί Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Πως συγκρίνεται με το Bluetooth ΙΕΕΕ 802,llb/WI-FI Πως λειτουρ'υεί Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Αποτελέσματα ΚΕΦΆΛΑΙΟ 8 ΝΜΕΛΛΟΝ ΣΥΜΠΕΡΆΣΜΑΤΑ ΛειτουΡ'Υικές αυξήσεις Συμπεράσματα Βιβλιογραφία

9 Bluetooth Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Θα μπορούσε να υποστηριχθεί ότι η ηλικία των ψηφιακών ηλεκτρονικών επικοινωνιών άρχισε όταν καταχώρησε ο Samuel F.B Morse τον ηλεκτρονικό τηλέγραφο το 1840 με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Για μερικές δεκαετίες, ο κώδικας Morse ήταν ο ποιο διαδεδομένος τρόπος να εμφανίζει γράμματα, αριθμούς και στίξη, και το καλώδιο ήταν ο μόνος πρακτικός τρόπος για την μεταφορά πληροφορίας από την πηγή στον προορισμό. Ακόμα και τώρα, το καλώδιο και παρόμοια fiberoptic κανάλια επικρατούν στις αμέτρητες εφαρμογές. Εντούτοις, με τη σημερινή ανάγκη για κινητές, δυναμικέ ς επικοινωνίες, η ασύρματη μετάδοση κερδίζει έδαφος γρήγορα ως πανταχού παρόν για την σύνδεση συσκευών μεταξύ τους. Η ασύρματη επικοινωνία έγινε εμπορικά βιώσιμη με την εμφάνιση της ραδιοφωνικής μετάδοσης, όπου μια ακριβή συσκευή αποστολής σημάτων στέλνει τα μονόδρομα σήματα σε χιλιάδες χαμηλού κόστους δέκτες. Μόνο πρόσφατα έχει γίνει πρακτικό και αρκετά ανέξοδο ώστε να «σπάσει» την κυριαρχία από τα χέρια των επαγγελματιών. Πιθανόν το καλύτερο παράδειγμα από ευρέως διαδεδομένο για διπλής κατεύθυνσης επικοινωνίας φανερώθηκε από το αρχικό κυψελοειδές τηλεφωνικό δίκτυο με το όνομα Adνanced Mobile Phone System(AMPS), όπου μια εκτενής μήτρα από κύτταρα επικοινωνούσε πέρα από τις σχετικά μικρές αποστάσεις με τα κινητά φορητά τηλεφωνά τους. Δεδομένου ότι ο αριθμός των χρηστών πολλαπλασιάζονταν, τα κύτταρα έγιναν μικρότερα για να επιτρέψουν την επαναχρησιμοποίηση συχνότητας, όπου 2 κύτταρα μοιράζονται το ίδιο σύνολο καναλιών, προσαρμόζοντας κατά συνέπεια περισσότερα τηλέφωνα. Επειδή το ραδιοφάσμα έχει ένα σταθερό εύρος ζώνης, περισσότεροι χρήστες μπορούν να φιλοξενηθούν μέσω την μειωμένης ισχύος χωρίς να προκαλέσουν παρεμβολές. Μια από τις πιο χρήσιμες εφαρμογές, μικρών αποστάσεων, διπλής κατεύθυνσης ψηφιακής επικοινωνίας είναι να επιτρέπει τους υπολογιστές να επικοινωνούν μεταξύ τους καθώς και με τα περιφερειακά τους όπως έκπτωτες και σαρωτές. Αυτό μπορεί να είναι τόσο απλό όσο μια σύνδεση μεταξύ ενός υπολογιστή με ένα ή περισσότερα περιφερειακά ή τόσο σύνθετο όσο διάφορες συσκευ έ ς που επικοινωνούν η μια με την άλλη υπό την μορφή τοπικού δικτύου(lαν). Το LAN μπορ ε ί 6

10 Bluetooth Κεφάλαιο 1 : Ε ισαγωγή να είναι είτε ενσύρματο είτε ασύρματο και συνήθως καλύπτει μια περιοχή από μερικά δωμάτια ή ο ρόφους σ ε ένα κτίριο. Το ποιο κοινό wireless local area network(wlan) είναι το ΙΕΕΕ 802,llb αποκαλούμενο επίσης ως Wi-Fi. Το Bluetooth συμμερίζεται την ιδ έα του WLAN σε μια μικρότερη κλίμακα βέβαια, με την χαμηλής ισχύος 1 Ομετρη απόσταση που καλύπτει, ταιριάζει περισσότερο για την σύνδεση συσκευών που βρίσκονται στο ίδιο δωμάτιο ή ακόμα και σε ένα άτομο. Αυτή η έννοια ονομαζόμενη σαν personal area network (ΡΑΝ) προορίζεται πρώτιστα να αντικαταστήσει τα καλώδια με ασύρματες συνδέσεις. Μαζί με πολλές άλλες ασύρματες συσκευές, το Bluetooth χρησιμοποιεί τη χωρίς άδε ια ζώνη συχνότητας 2,4 GHz για τη λειτουργία του. Αντίθετα στη δημοφιλή πεποίθηση, χωρίς άδεια δεν σημαίνει ανεξέλεγκτη χρήση των χωρίς άδεια συχνοτή των όπως θα δούμε παρακάτω. ΓΙΑ ΤΙ ΝΑ ΠΕΤ ΑΞΟΥΜΕ ΤΑ ΚΑΛΩΔΙΑ Με την ε μφάνιση των φτηνών και απλών διπλής κατεύθυνσης ψηφιακών ασύρματων συστημάτων, μια επιλογή είναι τώρα διαθέσιμη μεταξύ ενσύρματης και ασύρματης επικοινωνία ς, και να αναρωτηθούμε γιατί κάποιος θα επέλεγε τα πρώτα. Αυτή είναι μια πολύ καλή ερώτηση, και αυτό θα ήταν χρήσιμο να εξετάσουμε τις χαρακτηριστικές διαφορές μεταξύ των ενσύρματων και ασύρματων επικο ινωνιών για να αποκτήσουμε την επίγνωση ώστε να καταλάβουμε ποια μέθοδος είναι καλύτερη και για ποια ιδιαίτερη εφ αρμογή. Αν και τα συνδεμένα με καλώδιο συστήματα θεωρούνται συνήθως ότι χρησιμοποιούν τους αγωγούς χαλκού για το κανάλι, παρόμοια χαρακτηριστικά εκθ ε μάτων οπτικών ινών υπάρχουν σε διάφορες περιοχές, οπότε θα αναφερθούμε και στις δύο μεθόδους. Πλεονεκτήματα του ασύρματου δικτύου Όταν οι κόμβο ι συνδέονται μέσω του καλωδίου, είναι σαφές ότι είναι σχεδόν αδύνατη η " κινητικότητα" που επιτρέπεται ενώ η ασύρματη σύνδεση σπάζει αυτό -σχοινί" και διευκολύνει τη δυνατότητα να περιπλανηθεί ενώ η επικοινωνία μεταξύ των συσκευών συνεχίζεται. Ο μοίως, η επικοινωνία μπορεί να καθ ιερωθεί από αρκετές διαφορετικές 7

11 Bluetooth Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή Τσιλίκος Γεώpγιος θ έσεις χωρίς απαίτηση μιας φυσικής βυσμάτωσης στο δ ίκτυο. Είναι, φυσικά, προφανές ότι ένα ενσύ ρματο δίκτυο απαιτ εί την τοποθ έτηση πολλών καλωδ ίων επειδή κάθε κόμβο ς στο δίκτυο πρέπε ι να έχει φυσική πρόσβαση στο καλώδιο από την συγκε κριμένη θέση του. Αυτό μπορεί να π ροκαλέσε ι μεγάλους πονοκέφαλους όταν πρέπει να "παραβιαστούν" ο ι τοίχοι, τα πατώματα, και ο ι οροφέ ς ενός υπάρχοντος κτιρίου γ ια την εγ κατάσταση καλωδίων. Πολλά κτήρια γ ραφείων, ειδικά τα παλαιά, έχουν ιστορική σημασία, και η αλλαγή τη ς δο μής τους γ ια τα καλώδια συχνά δυσκολεύει. Η σύνδεση των υπολογιστών σε ένα τέτοιο κτήριο μέσω ενός WLAN είναι συχνά η μόνη λογική λύ ση. Τα νεώτερα κτήρια μπορούν να εγκαταστήσουν τα καλώδια του τοπικού LAN παράλλη λα με οικοδόμηση, αλλά τα προβλήματα αντικατάστασης καλωδίων λόγω βελτίωσης, βλάβης η επεκτασιμότητας κρίνονται ακριβές και ενοχλητικές. Αφ' ετέρου, ένα WLAN μπορεί να αναβαθμιστε ί του νέων υ λικού και του λογισμικού στους υπολογιστές. απλά με την εγκατάσταση Το καλώδιο που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση ενός υπολογιστή με έναν απομακρυσμένο μπορ εί να παρέχει τις πολύτιμες ενδε ίξε ις για τη λειτουργία του. Μπορούμε να εξετάσουμε και τις άκρ ες του καλωδ ίου και να ανακαλύψουμε τις συνημμένες συ σκευ ές που επικοινωνούν η μια με την άλλη. Οι συνδετήρες σε κάθε τέλος συσχετίζοντ αι συχνά με το σκοπό για τον οποίο το καλώδιο χρησιμοποιείται, έτσι μπορούμε να διερευνήσουμε το καλώδιο και τον απομακρυσμένο που συνδέονται με το και να ξέ ρουμε αμέσως το υλικό και το λογισμικό που απαιτούνται γ ια να έχει πρόσβαση σε αυτό απομακρυσμένο. Φυσικά, το συνηθ ισμένο αποτέλεσμα είναι ότι ένα καλώδιο απαιτείται για καθ ετί απομακρυσμένο. Όχι με την ασύρματη επικοιν ωνία: το μόνο φυσικό μέσο ε ίναι μέσα στον αέρα, έτσι οι δυνατότητ ες σύνδεσης είναι πολύ πιο ευπροσάρμοστες χωρίς δημιουργούν χάο ς πίσω από κάθε υπολογιστή. Π λεονεκτήματα του ενσύρματου δικτύου Παρά τα σημαντικά μειονεκτήματα, τα συνδεμένα με καλώδιο δίκτυα θα παραμείνουν πιθανώς βιώσιμα για διάφορους λόγους. Το καλώδιο παρ έχει ένα ολόκληρα δοσμένο, ήρε μο κανάλι γ ια του ς κό μβου ς στην πρόσβαση, έτσ ι η αξιοπ ιστία αυξάνεται. Υπάρχει 8

12 Bluetooth Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή μικρή εξασθένηση σήματος μεταξύ της πηγής και του προορισμού σε ένα καλώδιο, έτσι οι κόμβοι μπορούν να διαβιβάσουν και να λάβουν ταυτόχρονα. Αυτό δεν σημαίν ε ι ότι διάφορα μηνύματα μπορούν να σταλθούν μέσα καλώδιο συγχρόνως (τουλάχιστον όχι χωρίς χρησιμοποίηση των ειδικών τεχνικών διαμόρφωσης).τα ασύρματα σήματα παρουσιάζουν σημαντική εξασθένη ση μεταξύ της συσκευής αποστολής σημάτων και του δέκτη, ένα χαρακτηριστικό που θα ποσολογηθεί σε ένα επόμενο κεφάλαιο. Η υψηλή εξασθένηση σημάτων μεταξύ της συσκευής αποστολής σημάτων και του δέκτη επίσης σημαίνει ότι η πιθανότητα λάθους bit (επίσης αποκαλούμενη το ποσοστό λάθους κομματιών(bίt error rate, ή BER) είναι πολύ υψηλότερη στα ασύρματα απ'ό, τι στα συνδεμένα με καλώδιο συστήματα. Οι μεταφορές αρχείων πέρα από το δίκτυο συνήθως πραγματοποιηθούν λάθος, έτσι ώστε πρόσθετα bits προστίθενται στο αρχείο για τον έλεγχο λάθους. Το επακόλουθο είναι από πάνω συνήθως υψηλότερη στα ασύρματα δίκτυα, έτσι η αποδοτικότητά τους είναι χαμηλότερη. Οι περαιτέρω μειώσεις των BER μπορούν να ολοκληρωθούν με τη μείωση της ταχύτητας μετάδοσης στοιχείων στο ασύρματο δίκτυο για να αντισταθμίσουν την υψηλή μείωση. Εμπειρικά, ένα συνδεμένο με καλώδιο δίκτυο μπορεί να στείλει δ εδομένα 1 Ο χρόνους γρηγορότερα από έναν ασύρματο δίκτυο της ίδιας χρονικής(τεχνολογ ικής) στιγμής. Παραδείγματος χάριν, το Universal Serial Bus (USB) 1.χ λειτουργεί με ταχύτητες περίπου 12 Mb/s, και το ΙΕΕΕ 1394 τις εργασίες σε 100 έως 400 Mb/s. Το Bluetooth λειτουργεί σ ε ένα ακατέργαστο ποσοστό 1 Mb/s, και το ΙΕΕΕ 802.llb ή WI-FI λειτουργ ε ί μέχρι 11 Mb/s. (Ε ίναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι το ποσοστό δεδομένων ενός καναλιού τυπικής οπτικής ίνας υπερβαίνει το σύγχρονο συνδεμένο με καλώδιο κανάλι επίσης από έναν παράγοντα 10.) Η ασφάλεια είναι ένα άλλο ζήτη μα που είναι δύσκολο να εξεταστεί με τις ασύρματες συσκευές επειδή οι μεταδόσεις τους δεν περιορίζονται στα όρια ενός καλωδίου. Τα ασύρματα σήματα είναι ευκολότερα να παρεμποδιστούν, να διασπαστούνε, και να παρεμβάλλονται από παράσιτα, τα οποία απαιτούν τα αντίμετρα που δεν είναι συνήθως απαραίτητα κατά τη χρησιμοποίηση ενός καλωδίου. Ήδη είστ ε πιθανώς έτοιμοι να αντιστρέψετε τη θέση σας και να ρωτήσ ετε γ ιατί κάποιος θα χρησιμοποιούσε την ασύρματη επικοινωνία. Το ραδιόφωνο πρόκειται σαφώς εδώ να μείνει λόγω της απίστευτης ευκολίας του πέρα από τη συνδεμένη με καλώδιο 9

13 Bluetooth Κ εφάλαιο 1 : Εισαγωγή πρόσβαση, και το Bluetooth έχε ι ενσωματώσ ε ι δ ιάφορες έξυπνες τεχνικές για να ανακουφίσει μερικά από τα πιθανά μειονεκτήματά του έναντι της επικοινωνίας από ένα καλώδιο. Ε πειδή η ασύρματη επικοινωνία περιλαμβάνει τη χρησιμοποίηση ενό ς δημόσιου μέσου αποκαλούμενου ράδιο φάσμα(rαdίσ spectrum), θα εξετάσουμε του ς κανονισμούς που το Bluetooth και τα άλλα ασύρματα δίκτυα πρέπει να ακολουθήσουν. ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΖΩΝΩΝ ΧΩΡΙΣ ΑΔΕΙΑ Μα ζ ί με πολλές άλλες ασύρματες συσκευές, το Bluetooth χρησιμοποιεί τη χωρ ίς ά δε ια ζώνη συχνότητας 2,4 GHz για τη λειτουργία του. Αντίθετα στη δημοφιλή πεποίθηση, χωρίς άδεια δεν σημαίνει ανεξέλεγκτη, και πράγ ματι οι περισσότερε ς χώρε ς ρυθμίζουν αυστηρά τη χρήση των χωρίς άδεια συχνοτήτω ν. Η διαχείρ ιση συχνότητας ε μπίπτε ι στην (Federal Communίcatίons Commίssίon) ομοσπονδιακή Επιτροπή ανακοινώσεων (FCC) στις Ηνωμένες Πο λιτε ίε ς, αλλά άλλες κυβ ε ρνήσεις έχουν συχνά τους κανόν ες που ε ίναι αρκετά διαφορετικοί από, και ασυμβίβαστο ς μερικές φορές με, του ς κανονισμούς της FCC. Φυσικά, αυτή η κατάσταση έχει τη δυνατότητα να αναγκάσει έναν ρυθμιστικό εφιάλτη γ ια το Bluetooth στην αναζήτησή του να γίνει παγκόσμιο πρότυπο γ ια το περιορισμένου φάσματος ασύρματη επικοινωνία. Το 1992, η δ ιεθνής ένω ση τηλεπικοινωνιών (ITU), που είναι μέρος των Ηνωμένων Εθνών, διαμόρφωσε τον τομέα της ραδιοε πικοι νω νίας (ITU-R) σε μία προσπάθ ε ια να εξασφαλιστεί λογική, αποδοτική, και οικονομική η χρήση του φάσματο ς ραδιοσυχνότητας (RF). Κάθε λίγα χρόνια, η ITU διευθύνει μια διάσκε ψη πα γκό σμιων ράδιο επικο ινωνιών (WRC), όπου τα έθνη μελών συμφωνούν σχετικά με τον τρ όπο με τον οποίο το ραδιοφάσμα διατίθεται και χρησιμοποιείται. Επιπλέον, η ε ιδική ομάδα ενδιαφέροντος B\uetooth (SIG) συνεργάζεται με τις τους κανονισμούς τους σ ε ευθυγράμμιση με τις απαιτήσεις Bluetooth. διάφορες κυβερνήσεις για να φέ ρ ε ι Το Bluetooth λειτουργεί σε 2,4 GHz επειδή αυτή είναι η μόνη πρακτική ζώνη συχνότητας που (συνήθως) διατίθεται παγκοσμίως και δεν απαιτε ί καμία άδ ε ια για να ενεργοποιήσ ε ι μια συσκευή αποστολής σημάτων. Αυτά είνα ι καλά νέα, φυσικά, αλλά υπάρχει ένας λόγος για το ότι η ζώνη είναι δια θέσιμη σε όλο τον κόσμο, και ο λόγος είναι οι φού ρνοι μικροκυμάτων. Αυτοί οι φού ρνοι έγιναν δημοφιλείς πολύ πριν να 10

14 Bluetooth Κ εφάλαιο 1 : Ε ισαγωγή Τσιλίκο ς Γεώ' προ βλεφθεί οποιαδήποτε γενική χρήση αυτών των υ ψη λών συχνοτήτων, και η συχνυ.. 1 υ. φούρνων μικ ρ οκυμάτων των 2,45 GHz επ ιλέχτη κ ε επε ι δή τα μόρια ύδατος απορ ροφούν εύκολα την ενέ ργ ε ια RF σε αυτήν την συχνότη τα και την μετατρέπουν στη θ ε ρμότητα. Αυτοί οι φού ρνοι λειτουργούν σ ε α ρκετά Watt τη ς ισχύος, και όπως θα ανακαλύψουμε σ ε ένα επόμενο κεφάλαιο, αυ τοί μπο ρούν να ε ίν αι μια ση μαντική πηγή παρ έμβασης σε Bluetooth και άλλου ς ασύ ρματους χρή στε ς στη ζώνη 2,4 GHz. Αυτήν την περ ίοδο, η ζώνη 2.4GHz χ ρη σιμοποιείτ αι από : 2.4GHz ασύρματα τηλέφωνα ασύρματα δ ίκτυ α HomeRF ασύρματα δ ίκτυα Ό ργανα ελέγχου μωρών (νεώτερα πρότυπα) Openers γκαράζ -πό ρτων (νεώ τερα πρότυπα) Α στικά και πρ οαστιακά ασύρ ματα συστή ματα επικοινωνιών, συμπε ριλα μβανομένης έκτακτη ς ανάγκη ς ραδιόφωνα Με ρικές επικοινωνίες τοπική ς κυβέ ρνηση ς στην Ισπανία, τη Γαλλία, και την Ιαπωνία Φούρνοι μικροκυμάτων Η ΙΣΤΟΡΙΑ BLUETOOTH Η ιδέα πίσω από το Bluetooth είχε την προ έλευ σή τη ς το 1994 όταν άρχισε Ericsson την ιδέα τη ς αντικατάσταση ς των καλωδίων που συνδ έουν τα εξαρτήματα με τα κινητά τη λέ φωνα και του ς υπολογιστ ές με ασύρ ματ ες συνδ έ σε ις. Δ εδομένου ότι τεχνικές λεπτ ο μέρ ειες άρχισαν να προκύπτουν, η Ericsson γ ρήγορα συν ε ιδητοποίησ ε ότι η πιθανή αγορά γ ια τα προϊόντα Bluetooth θα ή ταν τεράστια, αλλά θα απαιτούνταν η συνεργασία σ ε όλο τον κόσμο γ ια να πετύχουν τα πρ οϊόντα. Επομένω ς, η Bluetooth SIG δ ιαμο ρφώθη κε το 1998, κ αι η πρώτη τεχνική προ διαγραφή Bluetooth έφθασε το

15 Bluetooth Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή Τσιλίκος Γεώργυ Αλ'λά γιατί να καλούμε ένα ασύρματο σύστημα Bluetooth; Δεν υπάρχει κανένας υπαινιγμός μέσα στο ίδιο το όνομα που να αντιπροσωπεύει ένα ασύρματο σύστημα επικοινωνιών. Ο Harald Bluetooth(Blatand στα δανικά) ήταν μονάρχης Βίκινγκ του 1 Οου αιώνα (γεννηθείς το 911 μχ) που κατόρθωσε να ενώσει τη Δανία και τη Νορβηγία, και επειδή η αρχική διαμόρφωση της έννοιας της ασύρματης αντικατάστασης καλωδίων άρχισε στην Σκανδιναβία, έβγαζε κάποιο νόημα για να αναγνωρίσει την προέλευση του Βίκινγκ. Επιπλέον, ενοποιώντας την προσέγγιση του Harald για κατάκτηση, συνεπλεξε ωραία με σκοπό την ένωση υπολογιστή και περιφερειακών μέσω μιας προδιαγραφής που θα επιτύγχανε ενδεχομένως την παγκόσμια αποδοχή. Η ειδική ομάδα ενδιαφέροντος Bluetooth (Special interest group (SIG) Ιδρυμένο από Erίcsson, τη Nokίa, την ΙΒΜ, την Intel, και Toshίba, η Bluetooth SIG άρχισε το Φεβρουάριο 1998, Ακόμη και κατά τη διάρκεια της παιδική ς ηλικίας του, το Bluetooth ήταν σαφώς προβλεπόμενο ως παγκό σμιο σύστημα επικοινωνιών όπως αποδεικνυόταν από Erίcsson και τη Nokίa που αντιπροσωπεύουν την Ευρώπη, ΙΒΜ και Intel που αντιπροσωπεύουν την Αμερική, και Toshίba που αντιπροσωπεύει την Ασία. Στη SIG ενώθηκαν το Δεκέμβρη του 1999 οι 3Com, Lucent, Motorola και η Microsoft, και αυ τές οι εννέα οντότητες καλούνται τώρα υποστηρικτές(prοmοters) SIG. Αυτή τη στιγμή δεν υπάρχει κανένα σχέδιο για πρόσθεση στον κατάλογο υποστηρικτών. Οι υποστηρικτές είναι αρμόδιοι για την υψηλού επιπέδου διοίκηση της SIG, και για την παροχή του ε ργατικού δυναμικού για να τρέξουν τις νομικές διαδικασίες, το μάρκετινγκ, και τις διαδικασίες πιστοποίησης. Μερικές από τυς σημαντικότερες λειτουργίες των SIG περιλαμβάνουν : Υποβολή αίτησης των διάφορων κυβερνητικών αντιπροσωπειών για να επιτρέψει το Bluetooth να λειτουργήσει στις χώρες τους χωρίς τυς ειδικές απαιτήσευς ή περιορισμούς. Να χειρίζονται τα νομικά ζητήματα σχετικά με την ιδιότητα μέλους SIG, την πνευματική ιδιοκτησία, και χρήση του εμπορικού σήματος. 12

16 Bluetooth Κ εφάλαιο 1 : Ε ισαγωγή Να διαχε ιρίζονται τη διαδ ικασία που εξετάζε ι τις συσκευές για να διασφαλίσ ε ι τη συμμόρφωση τους στην πρ οδιαγ ραφή Bluetooth. Να διαχειρίζοντ αι τις διαδικασίες δοκιμή ς δ ιαλε ιτουργικότητας για να εξασφαλίσ ει ό τι οι συσκευ ές Bluetooth από διαφορετικούς κατασκευαστές μπορούν να επικοινωνή σουν η μια με την άλλη. Διαχε ίριση των τ εχνικών ομάδων εργασίας Δημιουργ ία και έκδο ση της προδιαγρ αφής Bluetooth Η υψη λότε ρη θ έ ση ιδιότητας μέλου ς ανο ικτή σε άλλες ον τότητες (εταιρίες και άλλες ομάδες ) ε ίν αι το συνδυαζό μενο μέλο ς Associate Member, που απαιτείται να υπογράψει ένα νομικό έγγραφο και να δώ σε ι μια ετήσια αμοιβή ιδιότητας μέλου ς. Οι συνεταίροι έχουν την άδε ια για να συμμετέχουν στο μάρκετινγκ και τ ις τ εχνικές υποομάδε ς και τους δ ίνεται η πρόσβαση στην ομάδας εργασίας για τα επίση μα σχέδια εγγράφων στην έκδοση 0.5 και ανωτ έ ρ ω. Οι Adopters, από την άλλη, παίρνουν μέρος στη SIG χωρίς κατα βολή μιας αμοιβή ς, αν κ αι ένα νομικό έγγραφο υπογράφ εται, και του ς επιτρέπεται να συμμετέχουν σε με ρικού ς ρυθμιστικά test, και σ ε ομάδες εμπειρογνωμόνων. Οι Adopters έχουν πρόσβαση στα επίσημα σχέδια εγγ ράφων ο μάδας ε ργασίας στην έκδοση 0.9 και ανωτέ ρω. Τα μέλη της SIG απαιτούνται προτού να μπορέ σει η προδιαγ ραφή Bluetooth να χρησιμοποιη θ ε ί στα σχέδια, κα ι στο μέλος χορηγείτα ι η πρόσβαση στη ν πνευματική ιδ ιοκτησία Bluetooth και τ ο λογότυπο χωρίς πληρω μή των δ ικαιωμάτων. Τα SIG έγιναν μια μη κε ρ δο σκοπική εταιρία στι ς αρχές του 200 1, κα ι προ σπελαστε ί στη διεύθυνση ο ε κτενής ισόχωρο ς του μπορεί να 13

17 Bluetooth Κ εφάλαιο 1 : Εισαγωγή ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1 Δικαιώματα των δ ιάφορων μελών Λ ct i\'i t y. \ s~ ci:ttr \1cιιιl)-;,:- [Adoptcr 1'1cιnbcι ~-,.. ~ ~ -!ν\:ι1 kι ιi11 g 1 11ι ι ιi1ψ ;. ;inj ι ( J lιχ ι ι11 Yc, r. - Λ π; l1ίιι ι ιι ιι c [{c\ i ι:,1 Bo:11 d 1 ι11c,. ιncc ιi nι;;.. π πιj ι Υ c;. ΓCJlcc ω ι [~ι: g ι ιl:ι tιjι') ιncι ι iι Ι!!' ιί Ιlα tο!'. ~ιικ! ι!ί ιω lχ1 s ι Υ ι ;, \\i,η ki π!! ψοιφ ι: Ι1~ι iι ' ιηcι:ι ί ι ψ,;. ωιιi ι ι Π cc ~ - Yc: \\ 'ι, ι k i11!! gωιφ J ι ;ι lί s Υι: ;, Νι1 Ν ι\ Υι: s - 1Ycs i'ω Ι. :φι: η!!ι ο ιφ 111ι'ctings ~ιnιj ι c ιlcc t

18 Bluetooth Κ εφάλ αιο 2 : Κ α θ ιέρ ωση Piconet Τσιλίκος Γεώ ργ ιος ΚΕΦΑΛΑΙΟ2 ΚΑΘΙΕΡΩΣΗ PICONET Γ ΕΝΙΚΑ Η προδιαγ ραφή Bluetooth καθο ρίζει μια μικρή ( 10 μέτρα) ή μια μ έ ση απόσταση (100 μέτ ρα) ρ αδ ιοσύνδ ε ση ς ικανή γ ια μετάδοση φωνής ή στο ιχε ίων σε μ ια μέγιστη ικανό τητα 720 kbps ανά κανάλ ι (με μια ακαθάριστη ρυ θ μοαπόδο ση 1 Mbit/sec). Η λε ιτουργία ραδ ιοσυχνότητα ς ε ίν αι στη χω ρ ίς άδεια βιομη χαν ική, επ ισ τη μον ική και ιατρική (ism) ζώνη στα 2,4 έ ω ς 2,48 GHz, που χρησιμο π οιε ί ένα φ άσ μα διά δ οση ς, hopping συχνότητας, πλήρη ς - δ ιπλό σήμα σ ε μέχρι 1600 hops/sec. Ο ι μεταπη δήσ ε ις ση μάτων μ εταξύ 79 συχνοτήτων σ ε διαστήματα 1 MHz χρησιμο πο ιούντα ι γ ια να δώ σουν έναν υψη λό βα θμό ασυλίας τη ς παρ έ μβ ασης από τις εξωτερ ικές ε πιρρο ές. Αυτό οφείλεται κυρίως στον αριθ μό η λεκτρονική ς διανο μή ς π ροϊόντων σ ε αυτό το φάσμα συ χνότητ ας. Η πα ραγωγή RF καθορί ζ ετ ε ως Ο dbm (1 m W) στην επικ ο ινωνία 1 Ο μέτρων και dbm (100 mw) στην έκδοση μεγαλύ τερη ς απόσταση ς. ΤΙ ΕΙΝΑΙ PICONET Αφού π ε ρ ιγ ράψαμε παραπάνω τις διαφορές μεταξύ α σύ ρ ματων και ενσύρματων δ ικτύ ων παρακάτω θα εξετάσουμε πως γ ίνεται η σύνδεση τ ων συσκευών όπω ς γ ια παράδε ιγ μα ενό ς υπολογ ιστή, ένα PDA, ένας εκτυπωτή ς και ένα κινητό. Πως όλες αυτ έ ς ο ι συσκευές μπορούν να συνδ ε θούν. Το σχή μα 2. 1 δ ε ίχν ε ι την λύ ση γ ια όλες αυτ ές τι ς Bluetooth-enable συσκ ευ ές. Η α πλή πρά ξη τη ς χρησιμοποίηση ς τη ς τ εχνολογίας Bluetooth ως αντ ικατάσταση καλωδίων αφαιρε ί το πρόβλημα των πραγ ματικών φυσικών συνδέσ εων κα ι η ικαν ό τη τα ad h οc( μη προγρα μματισμένη ς) σύνδεση ς τη ς τεχνο λογία ς μπορε ί να επιτρέψ ε ι την επικο ινωνία μεταξύ των συσκευών 15

19 Bluetooth Κεφάλα ιο 2 : Καθιέρωση Piconet Ι Ι Ι ι / / Ρ! ι~ _,,_ Σ ΧΗΜΑ 2.1 Ένα piconet Αυ τό το πλήρ ως ασύρ μα το σενάριο μπορεί να επιτευχθεί λό-γω της master/s!aνe φύσης τη ς Bluetooth τεχνολογίας. Όλες ο ι συσκευές είνα ι ισότιμες, αναγνωριζόμενες από την μοναδ ική του ς 48-bit δ ιεύθυνση, και μπορεί να οριστούν ως master είτε κατά τη λειτουργία του ς ε ίτ ε από τη ν επέ μβα ση χρη στών. Ένα ς master μπο ρεί να συνδέσε ι μέχρ ι επτά s l aνes συγχρόνως, διαμορφώνοντας ένα piconet - αυτ ό το "poi nt-to-multipoint" χαρακτηρ ιστικό γνώρ ισμα ξ εχωρίζει το Bluetooth από τις άλλες ασύρματ ες τεχνολογ ίες. Το σχή μα 2.2 δείχνει δ ιάφορα σενάρια σύνδεσης. 16

20 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet Τσιλίκος Γεώ ργ ιος,,,,,, , ' ' ' Ι / ' \mσ ster \ 1 1 \~/,,/ ~ - ~ι σνt,,-' '-...,..., ,," r" '-.. Ι ' Ι \ ι \ : mαster \ 1 l'! l~@jl : hιιk 10 "1 8 jhιoi d11u ΙΌΙΙΙ 10 Ι'ΟΟ~ l lιιιl; Ιο ιιιιι,,. dfll( i( 01!.lια! rοιιπ ro ι.w υιrοω : ιm ιο "" IQ st'lin ιlt11!8s(pκ mιj ΣΧΗΜΑ 2.2 Διάφορα σενάρια συνδέσεων μεταξύ των συσκευών Στο τελευ ταίο σενά ριο, ένα μέλος ενός piconet μπορεί επίσης να ανήκει σε ένα άλλο piconet. Το σχήμα 2-3 επε ξηγεί το scatternet, όπου ένας σκλάβος σε ένα piconet ε ίν αι επίσης ο Master ενός δεύτερου piconet που επε κτείνε ι έτσι τη δικτύωση μεταξύ των συσκευών. Μια συσκευή σε ένα ΡΑΝ μπορεί να επικοινωνήσει με μια άλλη συσκευή σε διαφορετικό Ρ ΑΝ!, Scatternet..., '.. ' ' \ \ ' ι \ \ ' ,...; Ρ ίι:;οn<ειt Α '.., '... - ~ --,,.. ~ \ ' 1 Pi<::o n~t f ' 1 r ι ΣΧΗΜΑ 2.3 Ένα τυπικό scatternet 17

21 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Κα θιέ ρωση Piconet Τσιλίκος Γεώργ ιος ΕΠΙΤΡΕΠΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΠΑΡΕΜΒΟΛΉ Ασύρματα σημαίνε ι ραδιοσύνδεση -και οι ραδιο συνδέσ εις υ πόκεινται στην παρεμβολή. Η παρεμ βολή μπορε ί να έχε ι αντίκτυ πο και στην ποιότητα μιας audio σύνδεσης (Synchronous Connection Oriented [SCO]) και στην σύνδεση δεδομένων (Asynchronous Connectionless [ACL]). Τα υψηλά επίπεδα παρεμβολής μπο ρούν να διακόψουν τις ε πικοινωνίες γ ια αρκετό χρόνο για να προκαλέσ ε ι τη λίστα πρωτοκόλλου(prοtοcοl stack) να εγκαταλείψει τη σύνδεση. Αν και αυτό ε ξετάζετα ι στη Bluetooth Π ροδιαγραφή με ένα σχέδιο μεταπή δη σης συχνοτή των που παρ έ χει ευρωστία, αυτό ε ίναι ακόμα μια σοβαρή εκτίμη ση για μερικέ ς εφαρμογές. Η τεχνολογ ία Bluetooth δεν πρ έπει να χρησιμοποιηθεί για ασφαλε ίς ή κρίσιμες εφαρμογ ές όπου τα δεδ ο μένα πρέπει απολύτω ς να περάσουν από το κανάλι απευθείας, επε ι δή υ πάρχε ι πάντα μια πιθ ανότητα παρεμ βολής που σταματά τη σύνδεση. Η παρ ε μβολή μπορ ε ί να προ έλθει από το ποικίλε ς πηγ ές όπως : Φ ού ρνοι μικροκυμάτων Άλλα Bluetooth piconets(aν και δεν έχουν μεγάλη επίδραση λόγω FHSS) Άλλα Συστήματα ε πικο ινωνιών (όπως ieee 802.llb) Δ ίκτυα Home RF Κ ινη τά τηλέφωνα Freguency Hop Spread Spectrum (FHSS) Αν σχε διάζαμε ένα σύστημα επικοινωνιών για να λειτουργήσει σε ένα περιβάλλον που έχε ι μια υψηλή δυνατότητα για την παρέ μβαση, τι θα έπρεπε η συχνότητα του φορέα να είνα ι ; Μια καλή ιδ έα θα ή ταν να δημιουργηθ ούν δ ιάφορες συχνότητ ες φ ορέων, ή κανάλια, κα ι να ε πιλεχτ εί αυ τό που έχει ένα επίπεδο παρεμβολής κάτω από κάποιο κατώτατο ό ριο πριν από την έναρξη κάθε συνόδου επικο ινωνίας. Η διαδικασία επιλογής καναλιών θα μπορούσ ε ακό μη και να είναι αυτό ματη. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείτ αι με πολλά ασύρματα τη λέφ ωνα στις Ηνωμένες Πο λιτείες για να αποφύγε ι παρ έ μβολη από τα τη λέ φ ωνα των γ ε ιτόνων. Λε ιτου ργεί καλά επειδή υ πάρχει συνήθως ένα όριο στον αριθμό ασύ ρματων τη λεφ ώνων μέσα σε μια ιδ ιαίτερη περιοχή, και αρκετά κανάλια 18

22 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Κ αθιέρωση Piconet υποδε ικνύονται ώστε σχεδόν να εγγυηθούν ότι θα υπάρξει επικοινωνία σε οποιοδήποτ ε ιδιαίτε ρο χρόν ο μέσα σ ε ένα σπίτι. Για ένα Bluetooth piconet, εν τούτ οις, είναι πιθανό ότι η παρ ε μβο λή θα αλλάξε ι από στιγ μή σ ε στιγμή στη ζώνη 2,4 GHz, και πολλές χρήσεις θα προσπαθήσουν να συνυπάρξουν σε αυτήν την ζώνη μεταξύ τη ς απόστασης της μια ς με της άλλης. Επιλογή ενός εν ια ίου καναλιού και έπε ιτα να παραμείνε ι εκε ί γ ια μια ολόκληρη συνεδρίαση διατρέχε ι τον κίνδυνο μια ξαφνική ς, καταστροφικής αύξησης τη ς παρε μβολή ς όπου οι συμμετέχοντες Bluetooth συσκευ ές να μην είναι σε θέση ακόμη και να συντονίσουν μια αλλαγή καναλιών, και η επικοινωνία να χαθεί. Για να αποφύγει αυτήν την κατάσταση, το Bluetooth χρησιμοποιεί το FHSS ως τεχνική αποφυγής παρ ε μβο λής. Έ να block diagram ενός συστήματος επ ικοινων ιών Bluetooth FHSS παρουσιάζε ται στο σχήμα 2-4. Το δυαδ ικά δεδομένα βασική ς ζ ώνης ε ίναι σ ε διαμόρφωση GFSK και διαβ ιβάζονται χρησιμοποιώντας ένα φέρον κύμα που καθορίζεται από τον frequency synthesizer. Αντί να δημιουργείται μόνο μια συχνότητα φέρον κύματος, ο synthesizer ελέγ χε τ αι από μια γεννήτρια Hop code που τον αναγκάζ ει να αλλάξει τη συχνότητα φορέα στ ο ονομαστικό ποσοστό hops per sec. Ένα πακέτο δεδομένων Bluetooth στέλνεται ανά hop. Το ίδιο αυτό το σχέδιο των μεταπηδήσεων φαίνεται να είναι τυχαίο αλλά δη μιουργείται πραγμα τικά από ένα ψευδοτυχαίο αλγόριθ μο στη γεννήτρια κώδικα hop. Η γεννήτρ ια ε ίναι "αντεγραμένη" στο δέκτη ώ στ ε να δημιουργήσει το ίδιο hopping σχέδ ιο που ο πομπό ς χρησιμοπο ιεί. Επικοινωνώντας, έπε ιτα, ο πομπό ς και ο δέκτη ς μεταπη δούν μαζ ί από κανάλι σε κανάλι. Επιπλέον, οι δύο συσκευές έχουν ήδη χρονικά συμφωνήσει σχετικά με την ακολουθία hop, έτσι ακόμα κι αν μερικά hop κανάλια πε ριέχουν παρ ε μβο λές, το piconet θα επιζή σει επε ιδή όλα τα μέλη σύντομα θα μ εταπη δήσουν μαζί από εκε ίνο το κανάλι. 19

23 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέοωση Piconet θi n ary data ' ' Trsnsmitter ' ' Hop code generator Frequency syntheslmr ' ' ~......?('~ ' -ο., ', ~~ ' ο- ' Blnary data -- _..,. Hoρcode generator FSK demodulator Frequency syntheslzer Recelνer ΣΧΗΜΑ 2.4 Διάγραμμα εν ό ς FHSS συ στήματο ς επ ικοινωνίας Συγχρ ονισμό ς μεταξύ της επι κοινωνίας των συσκευώ ν Για να επικοινωνήσουν δύο συσκευές χρησιμοπο ιώντας FHSS, πρ έ πει να συγχρονιστούν κατάλληλα έτσι ώστε να μεταπηδούν μαζ ί από κανάλι σ ε κανάλι. Αυτό σημαίνει ότι οι συσκευές πρέπει να: Χρησιμοποιούν το ίδιο σύνολο καναλιών. Χρησιμοποιούν την ίδια hopping ακολουθ ία μέσα σε εκείνο το σύνολο καναλιών. Να είναι συ γχρονισμένες μέσα στη hopping ακολουθία. Εξασφαλίσουν ότι ένας διαβιβά ζε ι ενώ άλλος λαμβάνει, και αντίστροφα. Όλα αυτά τα αντικείμενα συγχρονισμού καθορ ίζονται από τον master στο piconet. Ο master περνά τις παραμέτρου ς συγχρον ισμού FHSS σε έναν s l aνe κατά τη διάρκεια της διαδικασίας page, που καλύπτεται αργότερα. 20

24 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet Hop Channel Set και περίοδος: Μια ραδιοζευξη FHSS ε ίναι προγραμματισ μένη να λειτουργήσ ε ι σε ένα ορισμένο σύνολ ο συχνοτήτων, το οποίο κα λείται σύνολο καναλιών [ channel set}. Για το Bluetooth, το σύνολο καναλιών αποτελείται από τις συχνότητες φορέα fc = Κ MHz Κ = 0,1,...,78 Κατά συνέπεια, υπάρχουν 79 πιθανές συχνότη τ ες στο σύνολο καναλιών, κάθε μια χωρ ισμένη κατά διαστήματα 1 MHz και καλύπτοντας τι ς συχνότητες έως MHz. Τ ο piconet με ταπηδά ψευδοτυχαία μέσα σε αυτά τα κανάλια. Κάθε κανά λι έχει 1 MHz εύρ ος, και η μετάδοση δεδομένων Bluetooth GFSK καταλαμβάνε ι αυτό το εύρος ζώνης. ΕΞΕΤ ΑΣΗ ΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΠΟΣΤ ΑΣΗΣ Η ισχύ ς ε ίναι μια κρίσιμη εκτίμηση γ ια τ ις ασύρματ ες συσκευές. Εάν ένα προϊόν πρόκε ιται να γίνει ασύρματο, από πού θα προ έλ θει η ισχύ ς του ; Συχνά το καλώδιο επικοινωνίας σ τις ενσύρματες επικο ινωνίες ενεργεί επίσης ως καλώδιο ισχύος. Μ ε το καλώδ ιο εκτός, το θέμα των μπαταριών παρουσιάζεται, και αναπόφ ευκτες ερωτήσεις προκύ πτουν σ χετικά με τη ζωή μπαταριών, τον εφ εδ ρικό (s taηdby) χρόνο, και τις φυσικ ές δ ιαστάσεις. Όταν τα καλώδια αντικαθίσ τανται με μια σύνδεση Bluetooth, ξαφνικά χρεια ζό μαστε τη ισχύ να οδηγήσουμ ε τη σύνδεση, την ισχύ να οδη γήσουμ ε το μικροεπεξεργαστή που τρ έχε ι τη λίστα πρωτοκό λλου Bluetooth, και την ισχύ(pοwer) να ενισχύσουμε το ακουστικό σήμα σ ε ένα ε πίπεδο που ο χρήσ τη ς μπορ ε ί να ακούσει. Με τις μικρ ές κινητές συ σκευ ές προφανώ ς δεν θ έλου μ ε να εγκαταστήσουμ ε τις τ εράστιες μπαταρίες, έτσι η μικρή κατανάλωση ς ισχύος ε ίναι μια σημαντ ική εκτίμη ση. 21

25 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet Κατηγορίες ισχύος πομπού Οι συσκευ ές αποστολής σημάτων Bluetooth περ ιέρχονται σε τρεις βασικές κατηγορίες που καθορίζονται από τη μέγιστη παραγωγή ισχύς τους. Η κατηγορία 1 συσκευών αποστολή ς σημάτων είναι η ισχυρότερη στη μέγιστη ισχύ των 100 μ W (20 dbm), η κατηγορία 2 (πομπού) έχει μια μεγάλου μεγέθου ς ισχύς της τάξης των 2.5 mw (4 dbm), και η κατηγορία 3 (πομπού) παράγει 1 mw (Ο dbm). Στη κατηγορία 1 ο πομπό ς πρέπει να έχε ι ένα χα ρακτηριστικό γνώρισμα ελέγχου ισχύος για να μειώσει την ισχύ σε ένα επίπεδο επαρκές για την επικοινωνία προκειμένου να αποτραπεί η υπερβολική παρέμβαση σε άλλους χρήστες στη ζώνη. Οι άλλες δύο κατηγορίες δεν απαιτούν τον έλεγχο δύναμης, αλλά μπορ εί να υιοθ ετηθεί ως προαιρετικό χαρακτηριστικό γνώρισμα. Η κατηγορία 2 και η κατηγορία 3 Η συσκευή κατηγορίας 2 Bluetooth επιτρέπεται να έχει μια μέγ ιστη έξοδο ισχύος 4 dbm, με μια ονομαστική έξοδο ισχύος Ο dbm και της ελάχιστη ς ισχύος -6 dbm (εάν το power control εφαρ μόζεται). Η μέγιστη παραγόμενη ισχύς γ ια την κατηγορία 3 συσκευή αποστολή ς σημάτων Bluetooth είνα ι Ο dbm. Ο έλεγχος δύναμη ς είναι προαιρετικός, αλλά πιθανότατα δεν θα βρ ε ι εφαρμογή σε πολλές κατηγορίας 2 και κατηγορίας 3 συσκευές Bluetooth. Bluetooτti Radio Power Clas ses Power Class Class 1 Class 2 Class 3 M ax Output Power 100 m\ι\ι 2.5 tηvv' 1 tηvιι Range 100 tηeters+ 1 Ο tηet ers 1 rηete r ΣΧΗΜΑ 2-5 Η προδιαγραφή Bluetooth καθορίζει τρεις κατηγορίες ισχύος για τις ράδιο συσκευές αποστολής σημάτω ν με μια παραγωγή ισχύος 1 mw. 2.5 ιηw,και 100 mw.η παραγωγή ισχύος καθορίζει την απόσταση που η συ σκευή είναι σ ε θέση να καλύψει και έτσι η λε ιτουργία του προϊόντο ς πρέπε ι να εξεταστεί όταν αποφασίσουμε ποια κατηγορία ισχύο ς θα χρησιμοποιηθ εί 22

26 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθ ιέρωση Piconet Η κατηγορία 1 Η μέγ ιστη εκπο μπή ισχύος τη ς κατηγορίας 1 για τις συσκευές Bluetooth φτάνει μέχρ ι 20 dbm, και μια μέ θοδος έλεγχου της ισχύος(pοwer control) απαιτείται για να κατ ε βούμε στα 4 dbm, ή χα μη λότερα εάν αυτό επιδιώκεται. Το χαμηλότερο όριο ισχύος προτε ίν εται γ ια να ε ίναι -30 dbm (1 μw ), αλλά δεν είναι υποχρεωτικό για τα επίπεδα κάτω από 4 dbm. Ο έλεγχος ισχύος εφαρμόζεται χρησιμοποιώντας έναν μηχανισμό ανατροφοδ ότησης μεταξύ του master και ενός slaνe στ ο piconet. Στην περ ιγραφή της λειτουργίας του, ας υποθέσουμε ότι η ισχύ ς τη ς συσκευών αποστολής σημάτων του master ρυθμίζεται από έναν slaνe. Για να είναι δυνατός ο έλεγχος ισχύος, η συσκευή αποστολής σημάτων του master πρ έπε ι να έχει την ικανότητα να αλλάξει το επίπεδο ισχύο ς της αυτόματα, και ο δ έκτης του s l aνe πρ έπει να έχε ι ένα βαθμολογημένο RSSI [ receiνe signal strength indicator]. Επιπ λέον, πρ έπε ι να υπάρχουν τα μέσα για το s laνe ώστ ε να κατευθύνε ι τον master για να ρυθμίσει τη ν ισχύ του, είτε προ ς τα πάνω είτ ε προ ς τα κάτω. Αυτό γίνεται χρησιμοπο ιώντας τα πακέτα πρ ωτοκό)j,ου δ ι ευθυντών συνδέσεων (LMP), όπως περιγράφ ετ αι παρακάτω Ένας πο μπό ς έλεγχου ισχύος πρ έπει να έχει τη δυνατότητα να ρυθμίσει το επίπεδο παραγωγή ς (ουtpυt) τη ς στα κομμάτια που κυμαίνονται στο μέγεθος μεταξύ 2 και 8 DB. Η σειρά ρύθ μιση ς πρ έπει να είνα ι μεταξύ 4 dbm (ή, προαιρετικά, χαμηλότερα) και του μέγ ιστου επιπέδου δύναμης (μέχρι 20 dbm). Για παράδειγμα, υποθέστ ε η μέγιστη παραγωγή ισχύο ς ότι ενός πομπού είναι 20 dbm. Η απαίτηση του έλεγχου ισχύος θα μπορούσ ε να καλυφτεί με την εφαρμογή ενός μεγέθους 8 DB, οπότ ε σ'αυτή την πε ρίπτωση θα υπήρχαν μόνο τρία επίπεδα δύναμης: , και 4 dbm. Εάν ένα μέγεθος βημάτων 2 DB χρησιμοποιείται άντ ' αυτού, θα απαιτούνταν εννέα ε πίπεδα ισχύο ς. Ένας δε κτή ς συμμετέχοντας στη διαδ ικασία power control προσπαθεί να τοποθ ετήσει το επίπεδο ισχύ ος του εισερχόμενου σήματο ς στο Golden Receiν e Power Range όπως αναφέρ εται στην προ δ ιαγραφή Bluetooth. Έτσι όταν κάποια επίπεδα ισχύο ς βγουν έξω από αυτά ό ρια ενεργε ί το power control. 23

27 Bluetooth Κεφάλαιο 2: Καθιέρωση Piconet Τσ ιλίκος Γεώργιος ΕΓΚΑ Τ ΑΣΤ ΑΣΗ ΣΥΝΔΕΣΕΩΝ Τα Bluetooth piconets είναι ιδιαίτερα δυνα μικά, αλλάζουν γρήγορα με την εμφάνιση και εξαφάνιση διάφορων συσκευών. Τα μέλη ενός piconet μπορ ούν να αλλάξουν, ή ολόκληρο το piconet μπορ εί να διαλυθ εί σε μια στιγμή. Σε ένα τέτοιο δυναμικό δίκτυο, δ εν ε ίναι εφαρμόσιμο να ξοδεύεται σημαντικός χρόνος αποκτώντα ς πληροφ ορίες γ ια τις συσκευέ ς και που διαμορφώνοντα ς το λογισμικό για να του ς χρησιμοποιήσει: αυτή η διαδικασία πρέπει να είναι αυτόματη. Αυτό συνήθω ς γ ίν εται από δυο βαθμίδες διαδικασίας. Η πρώτη ε ίναι για έναν p-master να ανακαλύψ ει πο ιες άλλες Bluetooth συσκευές ε ίναι σε απόσταση(ίnquίry ), και το άλλο βήμα ε ίναι να ξεκινήσ ε ι ο p-master την σύνδεση με την συγκεκριμένη συσκ ευή που ανταποκρίνεται στη διαδικασία inquiry (page) Τι κάνε ι όμως MASTER μια συσκευή ενώ μια άλλη γίν ε ται slave; Κάθ ε συσκευή Bluetooth έχε ι την ικανότητα να είναι είτ ε master ε ίτε slανe,έτσι δεν υπάρχε ι κάτι στο hardware που να υπαγορεύ ε ι γ ια το ποιος θα ε ίναι ο Master. Αντιθέτως ως master ορίζεται η συσκευή που θα ξεκινήσει την καθιέ ρωση του piconet και slaνe είναι οι συσκευ ές που ε ισ έ ρχονται στο Piconet. Μ ε άλλα λόγ ια ο master είναι αυτός που ξεκινά την σύνδ εση μέσω του page, και οι s \ aνe έχουν απαντήσε ι σε αυτό το page. Γνωρίζουμε ότι ο p-master πρέπ ε ι να στείλει το frequency hop synchronization (FHS) πακέτο του σ ε μια slaνe συσκευή ώστ ε αργό τερα να χρησιμοπο ιήσει την ίδια συχνότητα hop και φάση που χρησιμοποιούνται από τον master.aλλά σε ποια συχνότητα θα αλλάξουν το FHS πακέτο; Για την έ ρ ευνα ο Master μπορε ί να μην γνωρίζε ι τίποτα για γειτονικές συσκευέ ς,το hop συχνότητας (βασικά, μια συχνότητα γ ια αποστολή inquiry και άλλη για απάντηση στο inquiry) χρησιμοπο ιείται από όλες τις συσκευές για να αρχίσουν την ανακάλυ ψη συσκευών. Ένας p-slaνe άπαντα σε ένα inquiry στ έλνοντας τ ο δ ικό του FHS πακέτο μ ε ς στο οποίο ε ίναι η Bluetooth de νice address(bd _ADDR).Tώρα ο p-master μπορεί να δημιουργήσει μια νέα hopping συ χνότητα βασισμένη στην BD _ ADDR για να στείλει διαδ οχικά ένα Page για να καθιερώσει ένα piconet με αυτόν τον p-slaν e. 24

28 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet Δραστηριότητες συνδέσεων από σημείο σε σημείο Υποθέστε ότι ένας p-master θέλει να ψάξε ι το χώρο γ ια τις διαθέσιμες συσκευές Bluetooth και ίσως έπειτα να συνδ εθεί με μια από αυτές σ ε ένα από σημείο σε σημείο piconet. Η σειρά των βημάτων που περ ιλα μβάνονται σε μια τέτοια προσπάθ εια μπορεί να φανούν υπό μορφή διαγράμματο ς 2-6. Αυτό το διάγραμμα περιέχει ένα σύνολο καταστάσεων συνδεδεμένων μ ε κάθ ε βήμα τη ς καθιέρωσης ενός piconet και ένα σύνολο μ εταβάσεων που απεικονίζουν την επιτρεπόμενη μετακίνηση από το κατάσταση σε κατάσταση. Μια συσκευή μπορεί να είναι μόνο σ ε μια κατάσταση τη φορά, αλλά μπορεί (όπου επιτρέπεται) να κινηθεί μεταξύ των καταστάσεων, μερικές φορ ές αρκετά γρήγορα. Όταν μια συσκευή Bluetooth αρχικά τροφοδοτείται(pοwer up), μπαίν ε ι σε κατάσταση STANDBY, όπου το υλικό και το λογισμικό του αρχικοποιείται. Από αυτό τη κατάσταση, ένας p-master μπορ εί να πάει ε ίτ ε σε PAGE ε ίτε σε INQUIRY, ανάλογα με εάν το σελιδοποιημένο το BD_ADDR της μονάδας είναι ή όχι γνωστό. Η κατάσταση ΕΡΕΥΝ ΑΣ επιτρέπει στον p-master να ανακαλύ ψει όλες τις BD_ADDR αυτών που απαντάνε ο ι p-slaνes, και από εκεί μπορεί είτε να επιστρ έψ ε ι σε STANDBY είτε να πά ε ι στη κατάσταση PAGE για να καθιερώσουν ένα από σημείο σ ε σημείο piconet με έναν p-sl aνe. Εάν η διαδικασία PAGE είναι επιτυχής, κατόπιν ο p-master γίνεται master και ο p-sl aν e γίνεται slaνe του νέου piconet, και ο ι συσκευές αρχίζουν να ανταλλάσσουν τις παραμέτρους οργάνωσης δικτύων και τις πληροφορίες χρηστών. Κατά τη διάρκεια αυτής τη ς περ ιόδου οι δύο συσκευές ε ίναι σε κατάσταση CONNECT. Ένας p- s laνe μπορεί περιοδικά να κινηθεί από το STANDBY για να αφουγκραστεί τα inquiry και τα page. Εάν σε λιδ οποιείται επιτυ χώς, αλλάζει σε CONNECT δηλώνει μαζί με το νέο master. Ενώ στη κατάσταση CONNECT ο slaνe μπορ ε ί να κανονίσει με τον master του να εισαχθεί σε έναν από του ς τρ ε ις χαμηλής ισχύος τρόπου ς αποκαλούμενους snίff, hold, και park. Ο sniff τρόπο ς επ ιτρ έπε ι στο s laνe για να ελέγξει για μια κύρια μετάδοση λιγότερο συχνά απ'ό,τι σε κάθε άρτια αριθμημένη χρονική αυλάκωση. Ο τρόπος hold είναι ένας χρόνος κατά τη διάρκεια του οποίου ο slaνe μπορ εί προ σωρινά να βγ ει από το piconet χωρίς αν αποσυνδεθεί από τον master. Αφότου λήγ ει ο χρόνος hold ο s l aνe άλλη μια φορά εκτελεί τα κανονικά καθήκοντα piconet. Ένας slaνe που είναι στη 25

29 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet κατάσταση park σταματά την AM_ADDR του κα ι ενεργοποιεί το δέκτη του να ξανασυγχρονίζε ι πε ριοδικά το CLK του με εκε ίνο του master. Ο master πρέπει να ξεκινήσ ε ι την διαδ ικασία unpark για τον s\ave με ένα νέο ΑΜ ADDR προτού να μπορ έσε ι να συνεχίσ ε ι τη ν κανονική επικοινων ία. Από την κατάσταση CONNECT ε ίτε ο master ε ίτε ο s\ave μπορεί να αρχίσουν την αποσύνδ εση, από το οπο ίο κα ι τα δύ ο επιστ ρέφουν σε STANDBY εάν δεν συμμετέχουν σ ε άλλη δ ραστηριότητα Bluetooth. Κατά συνέπεια, μόλις κα θιερω θ εί ένα piconet με έναν μόνο slaνe, κανένας πρόσθετος slave δ εν μπορεί να παρουσιαστ ε ί στο piconet. Κάποιο πρόσφατα Bluetooth chipsets έχουν αυτόν τον ιδ ια ίτ ε ρο πε ριο ρισμό. Τα πιο πρόσφατα σύνο λα τσιπ είναι πιο ευ προσά ρμοστα, επιτρ έποντας όχι μόνο τα point-to-multipoint piconets, αλλά και scatternet διαδικασίες. Γενική καθιέρωση Piconet Ο ι πιο ευπροσάρμοστες συ σ κευές Bluetooth μπορούν να κ ινηθούν εύκολα μεταξύ των διαφορετικών καταστάσεων που ανήκουν ε ίτε σε έναν p-master ε ίτ ε έναν p - slaνe, ανάλογα με αυτό που ο ι στόχο ι του τ ελικού χρή στη μπορούν να ε ίναι. Γ ια παράδειγμα, υπο θ έστε ό τι ένας master ενός piconet με έναν εν ιαίο s l aνe θέλε ι να φ έ ρ ε ι έναν νέο slaνe στ ο piconet. Σαφώ ς, ο master απαιτε ί την ικανότητα να κινηθεί από την κατάσταση CONNECT πίσω στα PAGE ή INQUIRY states. Ε ίναι επίση ς σαφ ές ό τι η αποστολή ενός page και ο εντοπισμός ένος page είναι χωριστές καταστάσ ε ις επε ιδή το πρώτο ανήκε ι σ ε έναν p-master και το τελευταίο ανήκε ι σ ε έναν p-slave. Το σχήμα 2-6 παρου σιάζει δ ιάγ ραμμα καταστάσ ε ων γ ια κάθ ε συσκευή Bluetooth που είνα ι ικανή γ ια λε ιτου ργ ίες από σημ είο σε σημε ίο, point-to-multipoint, και scatternet. 26

30 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθ ιέ ρωση Piconet Τσιλ ίκος Γεώ ργιος ΣΧΗΜΑ2-6 Όπως πρ ιν, η πρώτη κατάσταση είναι το STANDBY και από εκε ί μπορε ί να μπει σε ένα από τέσσε ρις καταστάσεις : PAGE, PAGE SCAN, INQUIRY, or INQUIRY SCAN. Αυτά κα θο ρίζονται ως εξής: PAGE : Χρησιμοποιείται από έναν p-master γ ια να καθιερώσει ένα piconet με έναν p s l aνe του οποίου η BD _ ADDR είναι γνωστή. PAGE SCAN : Που χρησιμοποιείται από έναν p-slaνe γ ια να αφουγκραστεί τη page δ ιαδικασ ία. INQUIRY: Που χρησιμοποιείται από έναν p-master γ ια να ανακαλύ ψ ε ι το BD_ADDR κα ι άλλε ς πληροφορίε ς των συσκευ ών μέσα στο β εληνεκές της συσκευή ς. INOUIRY SCAN : Που χρησιμο ποιε ίται από έναν p-slaνe για να αφουγκ ραστεί μια έρευνα 27

31 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet Το PAGE, PAGE SCAN, ΚΑΙ ΤΟ INQUIRY SCAN όλα αυτά έχουν τις απαντήσεις συνεργάσιμες με αυτά, τα οποία είναι: P-slave response after PAGE SCAN : εάν ένας P-slaνe ακούει το page του καθώς είναι στην κατάσταση PAGE SCAN, τότε άπαντα με την δικιά του deνice access code(dac). P-master response after PAGE : Όταν ο p-rnaster ακούει την απάντηση του p-slaνe DAC, τότε άπαντα με την σειρά του ένα πακέτο FHS, δίνοντας με αυτόν το τρόπο αρκετές πληροφορίες να μεταπηδά με τον rnaster κατά την διάρκεια μιας φυσιολογικής λειτουργίας του piconet. P-slave response after INQUIRY SCAN : Εάν ένας p-slaνe ακούσει ένα inquiry όταν είναι σε κατάσταση INQUIRY SCAN, τότ ε άπαντα με το δικό του FHS πακετο. Η συσκευή που πραγματοποιεί το INQUIRY δεν αποδέχεται το πακέτο. Χρόνοι Ανακάλυψης συσκευών Προτού να μπορέσουν οποιεσδήποτε δύο συσκευές να περάσουν στην ανακάλυψη συσκευών, πρέπει να είναι στην κατάσταση έpεvνα[inquiry} και κατάσταση ανίχνευσης έρευνας[ίnquίry scan] Η συσκευή έ ρευνας πρέπει να ανακαλύψει τις γειτονικές συσκευές, και η συσκευή ανίχνευσης έρευνας πρέπει να είναι πρόθυμη να ανακαλυ φθεί όπως προαναφέρθηκε. 28

32 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet ΣΧΗΜΑ 2-7 Εικονική απεικόνιση εγκατάσταση σύνδεσης Η συσκευή έρευνας διαβιβάζει μια σειρά πακέτων έρευνας Αυτά τα μικρά πακέτα στέλνονται γρήγορα σε μια ακολουθία διαφορ ετικών συχνοτήτων. Η συσκευή έρευνας αλλάζει συχνότητες 3200 φορές το δευτερόλεπτο (δύο φορές το ποσοστό για μια συσκευή σε μια κανονική σύνδεση). Αυτό το γρήγορο hopping συχνότητας επιτρέπει στον ερωτώντα να καλύψει μια απόσταση συχνοτήτων όσο ποιο γρήγορα γίνεται. Αυτά τα πακέτα δεν αναγνωρίζουν την συσκευή έρευνας από καμιά άποψη. Είναι πακέτα ταυτότητας που περιέχουν έναν κωδικό πρόσβασης έρευνας που οι συσκευές ανίχνευσης έρευνας[iηquiry scan] θα αναγνωρίσουν. Η συσκευή που βρίσκεται σε κατάσταση inquiry scan [ανίχνευσης έρευνας] αλλάζει τις συχνότητες πολύ αργά ακριβώς μία φορά κάθε 1,28 δευτερόλεπτα. Επειδή η συσκευή inquiry scan αλλάζει πολύ αργά ενώ ο ερωτών αλλάζει γρήγορα, θα συναντηθούν τελικά στην ίδια συχνότητα. Οι συσκευές ανίχνευσης δεν μπορούν να μείνουν σε μια σταθερή συχνότητα, επειδή η συχνότητα που επιλέχτηκε μπορεί να υπόκειται σε παρεμβολή, αλλά μεταπηδούν πολύ αργά σε μια η επόμενη καλύτερη στρατηγική για τη συσκευή έρευνας[iηquiry]. Αποκρίνεται στις έρευνες με την αποστολή ενός πακέτου συγχρονισμού μεταπηδήσεως 29

33 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet συχνότητας [Frequency Hop Synchronization (FHS)], το οποίο λέει στη συσκευή έρευνας όλες τις σχετικές πληροφορίες που απαιτούνται για να είναι σε θέση να εγκαταστήσει μια σύνδεση. Για να εγγυηθούν ότι η συσκευή [inquiry]έρευνας μπορεί να εντοπίσει όλες τις συσκευές μέσα τρόπος ανίχνευσης έρευνας που είναι μέσα στη σειρά, η προδιαγραφή Bluetooth καθορίζει έναν χρόνο έρευνας δευτερολέπτων. Όταν μια συσκευή που ανιχνεύει τις έρευνες λαμβάνει ένα inquiry, περιμένει μια μικρή ψευδοτυχαία χρονική περίοδο, κατόπιν εάν ληφθει μια δεύτερη έρευνα, αυτό διαβιβάζει μια response. Δεν διαβιβάζει αυτήν την απάντηση αμέσως, επειδή αυτό μπορεί να οδηγήσει όλες τις συσκευές σε μια περιοχή να αποκριθούν στην πρώτη έρευνα που στέλνεται, προκαλώντας έναν ανεπιθύμητο υψηλής ισχύος συντονισμένο παλμό της ακτινοβολίας στη ism ζώνη. Η τυχαία καθυστέρηση αποτρέπει αυτήν την συντονισμένη επίδραση. Operation Minimum Average Time (sec) Time (sec) lnquiry Pι1ging Τοtι Maximum Time (sec) ΣΧΗΜΑ 2-8 Όρια χρόνων των διάφορων διαδικασιών Οι χρόνοι έρευνας Μια σειρά έρευνας πρέπε ι να επαναληφθεί τουλάχιστον 256 φορές (διάρκεια 2.56s), προτού να χρησιμοποιηθεί άλλη σειρά. Χαρακτηριστικά, σε ένα χωρίς λάθη περιβάλλον, τρεις σειρές πρέπει να πάρουν τη θέση Αυτό σημαίνει ότι 10.24s θα μπορούσε να παρέλθει εκτός αν ο ερωτών συλλέγει αρκετές απαντήσεις και αποφασίζει να αποβάλει τη διαδικασία. Εντούτοις, κατά τη διάρκεια ενός παραθύρου l.28s, ένας σκλάβος αποκρίνεται κατά μέσον όρο τέσσερις φορές, αλλά στις διαφορετικές συχνότητες και στους διαφορετικούς χρόνους. Ο ελάχιστος χρονικός ερευνάς Ο ελάχιστος χρόνος έρευνας για μια λειτουργία έρευνας είναι δύο χρονικές υποδοχές (1.25ms).O master διαβιβάζει ένα μήνυμα έρευνας στη συχνότητα φ (κ) στην πρώτη στιγμή, και ο slaνe ανιχνεύει την έρευνα στη συχνότητα 30

34 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet φ(κ) συγχρόνως. Έτσι, ο slaνe λαμβάνει το μήνυμα έρευνας στο πρώτο slοt(υποδοχή). Ο slaνe θα μπορούσε να αποκριθεί με ένα πακέτο FHS στο μήνυμα έρευνας του κυρίου στο επό μενο slot. Έτσι, δύο οι αυλακώσεις απαιτούνται συνολικά Αυτό είναι ιδιαίτερα απίθανο δεδομένου ότι ο σκλάβος δεν θα ανταποκριθεί μετά την λήψη του πρώτου το μηνύματος έρευνας αλλά μάλλον, περιμένει έναν τυχαίο αριθμό αυλακώσεων Αυτή η τυχαία αξία ποικίλλει μεταξύ Ο και Ο μέσος χρόνος έρευνας Όπως δηλώνεται προηγουμένως, 10.24sec θα μπορούσαν να παρέλθουν εκτός αν ο ερωτών λαμβάνει αρκετές απαντήσεις και αποφασίζει να αποβάλει τη διαδικασία. Αυτή η αξία μπορεί να ποικίλει αρκετά, ανάλογα με την ευθυγράμμιση των ρολογιών συσκευών και των αντίστοιχων καταστάσεων τους Αυτό, εντούτοις, δεν είναι επαρκές για να εγγυηθεί ότι όλες οι συσκευές μέσα στη σειρά "θα βρεθούν"!. ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΙΣΧΥΟΣ Οι συσκευές Bluetooth που συνδέονται σε ένα piconet μπορούν να τεθούν σε μια από τις 3 διαφορετικές χαμηλής ισχύος καταστάσεις αποκαλούμενες snίff, τη hold, και park Αν και αυτοί αναφέρονται συχνά ως χαμηλής ισχύος τρόποι, είναι χρήσιμοι σε διάφορα διαφορετικές εφαρμογές όπως: Διευκόλυνση περισσότερων από επτά slaνes για να είναι σε ένα piconet Δόσιμο χρόνου στον master ώστε να φέρει και άλλους slaνes στο piconet του Παροχή μέσων για μια συσκευή να συμμετέχει στα πολλαπλάσια piconets (scatternet) Συντήρηση της ενέργειας Οι περισσότερες από τις μεθόδους ενεργειακής συντήρησης σε αυτούς τους χαμηλής ισχύος τρόπους προσανατο λίζονται στη μείωση του χρόνου που ο δέκτης μιας συσκευής παραμένει ανο ιχτός. Στις υψηλής ισχύος ασύρματες συσκευές, ο πομπός χρειάζεται πολύ περισσότερη ισχύ από το δέκτη. Τα συστήματα όπως το Bluetooth, με εξαιρετικά χαμηλή μετάδοση ισχύος, συχνά επαυξάνουν την τεραστία διοχέτευση τους κατά τη 31

35 Bluetooth Κεφάλαιο 2 : Καθιέρωση Piconet Τσιλίκοc Γεώργιος διάρκεια της λειτουργία ς δεκτών. Επιπλέον, αν και μόνο ένας πομπός είναι ανοικτός σε οποιοδήποτε χρόνο κατά τη διάρκεια των κανονικών διαδικασιών Piconet, ένα μεγάλο ποσό ενέργειας χρησιμοποιείται εάν ο δέκτη ς σε κάθε slave πρέπει να είναι ανοιχτός στην αρχή κάθε χρονικής υποδοχής μετάδοσης master-to-slaνe. Ο κύριος σκοπός των χαμηλής ισχύος συνδέσεων είναι να αφαιρεθεί εκείνη η απαίτηση. Για μια point-to-multipoint τοπολογία, ο master πρέπει να φέρει τους slaνes στο Piconet του έναν-έναν. Αυτό σημαίνει ότι ο master πρέπει να βγει από το CONNECT και να πάει είτε στην κατάσταση PAGE είτε του INQUIRY. Φυσικά, κατά τη διάρκεια των διαδικασιών page ή inquiry/page, τα υπόλοιπα μέλη του piconet(slaνes) δεν θα επικοινωνούν καθόλου, δε θα μπορούν να μιλήσουν ο ένας στον άλλο, και ο master είναι προσωρινά μη διαθέσιμος. Οι slaves μπορούν επίσης να εισαγάγουν μια κατάσταση χαμηλής ισχύος κατά τη διάρκεια του χρόνου που ο master είναι ειδάλλως κατειλημμένος. Αυτό επιτρέπει το lap-top μας να τοποθετήσει το PDA μας με το οποίο συνδεόμαστε σε hold καθώς εγκαθίσταται μια σύνδεση σε ένα σημείο πρόσβασης του τοπικού LAN, ελαχιστοποιώντας κατά συνέπεια την κατανάλωση ισχύος PDA όταν δεν είναι σε χρήση. Όταν περιλαμβάνεται σε κανονική λειτουργία piconet ο slave πρέπει να ανοίξει το δέκτη του στην έναρξη κάθε άρτιας αριθμημένης χρονικής υποδοχής, όπως καθορίζεται από CLΚ, για να ελέγχει για τη μετάδοση του master. Η εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα είναι όταν λαμβάνει ένα header πακέτων υποδεικνύοντας τη μετάδοση ενός πακέτου multislot για έναν άλλο slave κατόπιν ο slaνe μας μπορε ί να σταματήσει το δέκτη του κατά τη διάρκεια του πακέτου. Ο sniff τρόπος δίνει σε έναν slaνe μια πιθανότητα να μειώσει τον κύκλο δραστηριότητας του δέκτη του, ενεργοποιώντας τον μόνο σε τακτικά χωρισμένα κατά διαστήματα sniff αποκαλούμενα Tsniff. Κάτω από την κανονική λειτουργία Tsniff piconet = 2 χρονικές υποδοχές(slοts), αλλά επειδή η τιμή αποθηκεύεται ως μη προσημασμένος δεκαεξάμπιτος ακέραιος αριθμός, μπορεί να είναι τόσο υψηλό όπως 216 = υποδοχές ή περίπου 41 δευτερόλεπτα μεταξύ sniffs. Ο slave κρατά την AM_ADDR του ενώ είναι σε sniff. 32