“Голубой зуб” беспроводного будущего

ОБЗОР

На прошлогодней компьютерной выставке Comdex Fall’99 одной из наиболее прогрессивных технологий была признана Bluetooth, которая призвана до предела упростить подключение мобильных компьютеров, средств связи и других устройств не только друг к другу, но и к Интернету без помощи проводов. Аналитики из Gartner Group предсказывают, что к 2004 г. более 40% транзакций электронной коммерции за пределами США будет выполняться с использованием портативных беспроводных устройств, причем 75% из них окажутся Bluetooth-совместимыми. В свою очередь эксперты компании Cahners In-Stat Group, специализирующейся на исследованиях конъюнктуры рынка, считают, что к 2005 г. число Bluetooth-совместимых устройств во всем мире составит 670 млн. шт., а их рынок достигнет 3 млрд. долл. Таким образом, применение данной технологии вызовет настоящую революцию в сфере персональных коммуникаций, расширив возможности и улучшив взаимодействие мобильных устройств.    

Головной телефон Bluetooth Headset

Еще в 1994 г. в корпорации Ericsson была сформирована команда специалистов для создания недорогого радиоинтерфейса с малым энергопотреблением, который смог бы связать мобильный телефон с его аксессуарами. И вот в феврале 1998 г. пять крупнейших корпораций - Ericsson, IBM, Intel, Nokia и Toshiba - основали так называемую группу особых интересов (Special Interest Group, SIG) по внедрению технологии Bluetooth. Менее чем за два года к инициативной группе присоединилось свыше 1300 компаний, среди которых были разработчики программного обеспечения, производители микросхем, сетевого и периферийного оборудования, мобильных ПК, карманных компьютеров, потребительской электроники, автомобильные концерны, а также создатели измерительной техники. Более подробно со списком фирм-участниц можно ознакомиться по адресу: www.bluetooth.com.

Первая версия спецификации была опубликована весной прошлого года. Размах и масштабы задач, решаемых разработчиками спецификации Bluetooth, равно как и стремительное расширение сферы ее применения, привели к привлечению в состав инициативной группы новых участников, способных разнообразить специализацию группы Bluetooth SIG за счет накопленного ими опыта и знаний в смежных областях. Именно поэтому в начале декабря прошлого года в эту группу вошли корпорации 3Com, Lucent Technologies, Microsoft и Motorola. Устав вновь созданного объединения ставит задачи по совершенствованию спецификации, а также разработке инструментальных средств тестирования устройств, базирующихся на этой технологии, на предмет совместимости и способности к взаимодействию. Первые элементы технологии Bluetooth уже с успехом реализованы в ряде анонсированных образцов новой продукции, но об этом чуть позже. Сейчас коротко представим основные особенности самой технологии.

Что в имени твоем

Технология Bluetooth позволяет заменить огромное количество разнообразных кабелей на одно универсальное радиосоединение. По сути Bluetooth - это глобальная спецификация беспроводной связи. Частью любой Bluetooth-системы могут быть принтеры, карманные и настольные компьютеры, факс-машины, клавиатуры, джойстики, сотовые телефоны, бытовая техника и другие цифровые устройства.

Поскольку для связи в радиочастотном диапазоне характерен высокий уровень помех, технология Bluetooth использует быстрый отклик и скачкообразное изменение несущей частоты. Чтобы избежать интерференции, так как существуют и другие источники сигналов, изменение частоты происходит после каждого приема или передачи одного пакета информации. Благодаря этому ограничивается воздействие домашних и профессиональных микроволновых приборов, таких, например, как СВЧ-печи. Для обеспечения помехоустойчивости на более длинной дистанции в Bluetooth предусмотрена прямая коррекция ошибок FEC (Forward Error Correction).

В качестве частотного диапазона в спецификации Bluetooth выбрана полоса 2,45 ГГц ISM (Industrial-Scientific-Medical), которая не требует дополнительного лицензирования на использование практически во всех странах мира. Скорость передачи данных между устройствами достигает 1 Мбит/с. При полном дуплексе в режиме передачи реализуется схема разделения времени. Временны/е интервалы могут резервироваться и для синхронной передачи. Каждый пакет информации передается в течение одного временно/го интервала, однако в особых случаях количество таких интервалов может быть увеличено до пяти.

Базовая частота может изменяться, принимая одно из 79 значений с интервалом 1 МГц, начиная от 2,402 ГГц и заканчивая 2,480 ГГц. Уменьшенная полоса частот будет применяться только в Японии, Франции и Испании. Скорость перехода с одной частоты на другую может достигать 1600 Гц. Номинальный диапазон расстояний связи составляет от 10 см до 10 м, но при использовании дополнительного усиления сигналов максимальное расстояние может увеличиваться до 100 м.

Спецификация регламентирует один асинхронный канал обмена данными или до трех синхронных каналов передачи голоса. При другой схеме работы возможна организация одного асинхронного канала обмена данными и одного синхронного канала передачи голоса. Каждый синхронный голосовой канал обеспечивает скорость передачи до 64 кбит/с. Асинхронный канал поддерживает асимметричную связь на скорости 721 кбит/с в одном направлении и 57,6 кбит/с в другом. При симметричном обмене скорость в обоих направлениях достигает 432,6 кбит/с.

Базовыми понятиями технологии Bluetooth являются Piconet и Scatternet. Piconet - это сеть, содержащая от двух до восьми устройств, связь между которыми осуществляется с соблюдением протоколов Bluetooth. По определению все устройства Bluetooth являются равноправными, тем не менее при образовании Piconet одно из них становится главным, управляющим (master), а другие - подчиненными, управляемыми (slave). Главное устройство синхронизирует частоту и ее изменения для всех остальных устройств в Piconet. Для распознавания любого устройства в сети выделяется трехразрядный MAC-адрес.

Несколько независимых и несинхронизируемых сетей Piconet, обменивающихся информацией, образуют сеть Scatternet. Для организации указанных сетей используется два типа топологии: точка - точка и точка - много точек.

Перед каждым соединением в Piconet все устройства находятся в режиме Standby, при котором они периодически, каждые 1,28 с, “слушают” эфир, а точнее, сообщения на 32 фиксированных частотах, определенных для конкретного устройства. Вообще говоря, количество таких частот может варьироваться в зависимости от географического региона.

Процедура соединения инициируется одним (любым) из устройств, которое и становится главным в Piconet. Сначала главное устройство посылает сообщение Page, если адрес приемного устройства известен, или сообщение Inquiry, если информация об адресе отсутствует. Инициируя состояние Page, мастер-устройство посылает пакет из 16 page-сообщений на 16 различных частотах, нумеруя управляемые приборы. Если ответа нет, то следует передача на оставшихся 16 частотах. Максимальное время между началом инициализации и нахождением управляемого устройства составляет 2,56 с, что равно удвоенному периоду прослушивания эфира (1,28 с). Обычно запрос Inquiry используется для поиска общедоступных принтеров, факс-машин и прочего оборудования с неизвестными адресами.

В сети Piconet предусмотрены режимы энергосбережения, которые задействуются в случае отсутствия передачи данных. Управляющее устройство может перевести любое управляемое в режим Hold, когда будет функционировать только внутренний таймер. Заметим, что и само управляемое устройство может запросить перевод в этот режим. Обмен данными начинается мгновенно, как только устройство выходит из режима Hold.

Два других режима энергосбережения - Sniff и Park. В режиме Sniff устройства в Piconet “слушают” эфир реже, благодаря чему могут более эффективно использоваться по прямому назначению. Временной Sniff-интервал программируется и зависит, например, от типа программного приложения, выполняемого на компьютере. В режиме Park устройство синхронизировано с Piconet, но не принимает участия в трафике. Запаркованное устройство отказывается от своего MAC-адреса и время от времени “слушает” команды мастера о ресинхронизации или иные широковещательные сообщения.

В спецификации Bluetooth предусмотрена защита конфиденциальной информации, передаваемой между устройствами на физическом уровне. Аутентификация базируется на алгоритме запрос - ответ, а для кодирования информации могут использоваться секретные ключи длиной до 64 разрядов.

Первые “зубки”

В конце прошлого года на конференции разработчиков Bluetooth Developers Conference корпорация Intel (www.intel.com) продемонстрировала синхронизацию данных между двумя портативными компьютерами, которые обменивались информацией по беспроводному каналу. В каждый из компьютеров был вставлен специальный модуль (кодовое название Ambler), включающий не только микросхемы и антенну, но и программные драйверы для Windows 98 и Windows 2000. По словам представителей Intel, данный модуль был создан в тесном сотрудничестве с корпорацией Microsoft (www.microsoft.com). Ambler позволяет обмениваться данными не только между двумя компьютерами, но и между ПК и сотовым телефоном или другими карманными устройствами. Продажи модулей начнутся в середине этого года, их ориентировочная стоимость составит $30, причем ожидается, что впоследствии она уменьшится до $10.

Буквально через две недели после того, как корпорация Lucent Technologies вошла в состав инициативной группы Bluetooth SIG, ею были анонсированы микросхемы радиоканала W7020 и базового контроллера W7400. Для создания модуля Bluetooth к этим чипам необходимо добавить только антенну. Микросхема W7020 запитывается напряжением 2,7 В, а W7400 - 1,8 В. В качестве ядра последней используется кристалл ARM7TDMI RISC. Выпуск обеих микросхем намечен на вторую половину 2000 г.

Отметим, что в области разработки микросхем для модулей Bluetooth активность проявляют такие компании, как Amtel, Cambridge Silicon Radio, Philsar Semiconductor и Silicom Wave.

“Прародитель” Bluetooth - корпорация Ericsson представила модель головного телефона Bluetooth Headset, связанного с мобильным аппаратом не проводом, а по радиоканалу. Headset весит всего 20 г и предназначен для работы с аппаратами Ericsson T28, T28 World и R320. Надежная связь обеспечивается на расстоянии до 10 м. При надетом телефоне сам аппарат может находиться в кармане пальто, портфеле или вообще в другой комнате. Когда вам звонят, для соединения достаточно нажать кнопку на телефоне. В том случае, если позвонить хотите вы, при наборе номера на помощь приходят средства распознавания голоса. Как коммерческий продукт Bluetooth Headset появится на рынке не ранее середины этого года.

Версия для печати