Подробная информация и полная спецификация протокола Bluetooth:

1. Что такое Bluetooth?
2. Общие понятия и назначение
3. Основная архитектура системы Bluetooth
4. Установка соединения в Bluetooth

Устройство системы разделено на различные компоненты в различные и практически независимые уровни для концептуального непринужденного описания. Эти уровни описаны детально в главе о спецификациях Bluetooth. Спецификации проекта также описывают некоторые свойства для общих классов применений, которые будут осуществлены по Bluetooth для достижения однородности среди разнообразных изготовителей. Вы можете ознакомиться подробнее на официальном сайте http://www.bluetooth.com/.

Краткий обзор стека протокола

Рисунок 1: Стек протокола Bluetooth.

На рисунке показано, что стек протокола состоит из уровня радио в основании, которое формирует физический интерфейс соединения. Уровень протокола связи baseband и Link Manager Protocol (LMP) устанавливают и контролируют соединения между устройствами Bluetooth. Эти три уровня основания осуществлены в оборудовании/программном обеспечении. Уровень Host Controller требуется, чтобы соединить с помощью интерфейса Bluetooth с верхним протоколом -L2CAP(Logical Link Control и Adaptation Protocol). Ведущий контроллер требуется только тогда, когда L2CAP постоянно находится в программном обеспечении в хосте. Если L2CAP is также на модуле Bluetooth этот уровень не требуется, так как L2CAP может непосредственно связываться с LMP и baseband. Приложения постоянно находятся выше L2CAP. Следующие подразделы дают краткое описание каждого уровня.

Уровень связи

Связь работает в свободном ISM диапазоне полосе около 2.4GHz и использует распространение спектра. Этот диапазон простирается от 2400 до 2483.5 МГЦ в большинстве стран, и целый диапазон используется для оптимизации распространения спектра. Однако для некоторых стран с меньшим ISM диапазоном также используется нижняя шкала. Для распространения спектра используется техника frequency hopping (FH). Поскольку в этом диапазоне могут существовать и осуществлять вмешательство многократные нескоординированные сети, используются быстрые FH и короткие передачи данных, поскольку процент ошибки может быть высоким, особенно из-за сильного вмешательства от микроволновых печей, которые работают в этой частоте. CVSD-кодирование адаптировано под голосовые передачи, которые могут вызывать высокий процент ошибок. Дополнительно, заголовки пакетов защищены специальной схемой коррекции ошибок для придания стойкости против сбоев.

Переходы по частоте фиксируются на 2402+k Мгц, где k=0,1,...,78. оминальная частота перехода - 1600 скачков в секунду.

Baseband

Baseband - уровень протокола, контролирующий связь. Baseband контролирует последовательности перелета частоты и заботится о кодировании уровня для безопасных соединений. Могут быть установлены два типа соединений:

SCO: Синхронное Ориентируемое Соединение. Эти соединения предполагаются для передачи синхронных данных типа голос.

ACL: Асинхронное Соединение. Такие соединения могут использоваться для приложений передачи данных, которые не требуют синхронной связи.

Baseband обеспечивает функциональные возможности, требуемые для устройств, чтобы синхронизировать их часы и устанавливать соединения. Также обеспечиваются процедуры запроса для обнаружения адреса устройств, находящихся поблизости. Исправление ошибки для пакетов обеспечивается в зависимости от типа пакета. Различные типы пакета определены для некоторых общих приложений, отличающихся по их вместимости данных и накладным расходам по исправлению ошибки. Пять различных типов канала обеспечиваются для информации контроля, информации управления соединением, синхронными и асинхронными данными. Определены функции, необходимые для генерации клавиш кодирования и клавиш соединения. Более детальное описание некоторых из операций baseband, связанных с установлением соединения, есть в разделе.

Протокол Менеджера связи

Основные функции LMP можно классифицировать как:

1. Управление сетью Piconet
2. Конфигурация соединений
3. Функции безопасности

Рiconet является группой устройств, связанный с общим каналом, который идентифицирован с его уникальной последовательностью перелета. Одно из устройств, обычно то, которое первым произвело подключение, называется "master". К master`у может быть активно подсоединено до семи устройств и намного больше может быть подключено в состоянии "parked" (низкого энергопотребления). Устройства в сети piconet могут соединяться друг с другом посредством SCO или ACL. Канал управляется master`ом, при помощи Lin Manager в каждом устройстве. Любые два или более устройств для соединения должны установить между собой сеть piconet. В то же время каждое устройство может одновременно принадлежать нескольким сетям. (Рис.3 ).

Рисунок 3: Piconet и Scatternet. a)piconet между двумя устройствами, b)piconet между несколькими устройствами, c)scatternet, комбинация сетей piconet.

LMP обеспечивает функциональность присоединенный/отсоединенных устройств "slave", обмен функциями между устройствами master и slave и установление соединения ACL/SCO. LMP также обрабатывает устройства в режимах низкого энергопотребления, hold, sniff и park, созданных для сохранения энергии, если устройства не имеют данных для передачи.

Задачи конфигурации соединения включают в себя параметры установки соединения, качество сервиса и контроль мощности, если это поддерживается устройством. LMP также обеспечивает идентификацию устройств, которые будут соединены, и управление клавишами соединения. Роль LMP в установлении соединения обсуждена в разделе.

Логический контроль связи и Адаптационный протокол

Это протокол, с которым взаимодействует большинство приложений, если ведущий контроллер не используется. Основные функции L2CAP:

Мультиорганизация
Протокол должен позволять нескольким приложениям одновременно использовать соединение между двумя устройствами.

Сегментация и Повторное объединение

Протокол должен уменьшить размер пакетов, обеспеченных приложениями к размеру пакетов, принятых уровнем baseband. Сам L2CAP принимает размеры пакета до 64КБ, но пакеты baseband могут принимать до 2745 bits. Для полученных пакетов должна быть выполнена обратная процедура объединения сегментированных пакетов в надлежащем порядке.

Качество обслуживания

L2CAP позволяет приложениям требовать QoS на некоторых параметрах, типа пиковой пропускной способности, времени ожидания и изменению задержки.

В основном, L2CAP обеспечивает функции сетевого уровня к приложениям и более высоким протоколам.

Интерфейс ведущего контроллера

Основная структура, показывающая, как уровни ведущего контроллера расположены внутри стека протокола, изображена на Рис.4.

Рисунок 4: Ведущий контроллер в стеке протокола.

Для большинства устройств модуль поддержки Bluetooth может быть добавлено в качестве платы расширения, например, для ПК или ноутбука аппаратные средства Bluetooth могут быть добавлены как PCI-карта или USB-адаптер. Аппаратные модули обычно осуществляют более низкие радио уровни, baseband и LMP. Тогда данные, которые будут посланы LMP и baseband, идут по физической шине, например, USB. Драйвер для этой шины требуется на хосте, которым является PC, и на аппаратной карте Bluetooth требуется "интерфейс контроллера хоста", чтобы принять данные по физической шине. Таким образом, требуются следующие дополнительные уровни:

HCI драйвер

Это драйвер для интерфейса ведущего контроллера хоста, выше физической шины, форматирующий данные, которые будут приняты контроллером хоста на аппаратных средствах Bluetooth.

Интерфейс ведущего контроллера

Размещается на аппаратных средствах Bluetooth и поддерживает связь поверх физической шины.

Уровень приложения

К L2CAP можно обращаться непосредственно приложениями или через протоколы поддержки подобно RFCOMM, TCS и SDP, упомянутым ранее. Приложения могут использовать другие протоколы типа TCP-IP или WAP. Приложения могут самостоятельно запускать протоколы, например, PPP (Протокол "точка-точка"), FTP (протокол передачи файлов) или другие определенные протоколы, как потребуется приложением. Приложение может использовать SDP, для проверки, какие нужные сервисные возможности устройств, доступных в зоне действия. Много моделей использования были предложены изготовителями. Некоторые из них:

1. Три в одном: отдельная телефонная трубка работает как селекторная связь в офисе (никакой платы за пользование телефоном), Всякий раз можно использовать любой из этих трех режимов - как селекторную связь, как PSTN и как мобильный телефон.
   
   
2. "Портфельная хитрость": RF-связь не нуждается в прямой видимости между устройствами. Значит, мобильный телефон может подсоединиться к ноутбуку даже тогда, когда тот находится в портфеле, и использовать доступ к его возможностям, например, к электронной почте.
   
   
3. Автоматический Синхронизатор: обеспечение беспроводной связи между PDA пользователя, портативной ЭВМ и мобильным позволит приложениям автоматически обновлять и синхронизировать органайзер и другие данные, если модификации сделаны на одном устройстве.
   
   
4. Беспроводные наушники (гарнитуры): Они позволяют доступ к мобильным устройствам пользователя и даже к аудио, в то время как устройства находятся в кармане пользователя. Таким образом, будет возможна операция hands-free.
   
   
5. Автомобильные комплекты: устройства hands-free позволяют водителям пользоваться телефоном без отрыва от управления автомобилем.

Кроме этого, было предложено большое разнообразие других приложений в домашней автоматизации, обмен данными на совещаниях без использования дополнительного оборудования, управляющих устройствами через беспроводное портативное устройство при прогулках, предложения системы защиты, сетевые доступы в общественных местах, некоторые из которых успешно демонстрировались на выставках или уже продаются.