Око за око, зуб за зуб

[i37135]

Гарольд и другие

Иногда очень изводит традиционная необходимость подключать устройства с использованием кабелей. Разъемы, штепсели и провода, провода, провода… Особенно сложно в этом плане с ноутбуками. Конечно, инфракрасный порт в какой-то степени помогает, но он - далеко не панацея. Для облегчения жизни пользователям мобильных устройств и создана спецификация Bluetooth, о которой пойдет речь. Наверняка читатели слышали об этой технологии, в последнее время она получает все более широкое распространение. Несмотря на это, многие до сих пор не знают, каким образом она работает. Попробуем восполнить пробел.

Что же такое Bluetooth? Так называется технология обеспечения радиосвязи между мобильными и стационарными PC, мобильными телефонами, принтерами и прочими периферийными устройствами. Странное кодовое название является английской транскрипцией прозвища датского короля (короля викингов) Гарольда II (X век). Предположительно, оно состояло из двух стародатских слов: blå (означает «смуглый») и tan («великий человек», «предводитель»). Harold II Bluetooth управлял Данией и Норвегией и заставил датчан принять христианство.

Обратить все компьютерное сообщество в новую беспроводную религию в начале 1998 года собрались киты среди телекоммуникационных и компьютерных компаний - Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Через три месяца, 20 мая 1998 года, было официально объявлено о создании объединенной рабочей группы SIG (Special Interest Group), которая занялась разработкой спецификации. Вскоре к ней присоединились 3Com, Motorola, Compaq, Dell и другие. Сейчас группа, призванная способствовать скорейшему и беспрепятственному внедрению технологии, объединяет почти тысячу девятьсот (на начало ноября было 1883) компаний.

При разработке спецификации во главу угла ставились экономичность (как в плане стоимости, так и в плане энергосбережения), сохранение маленького форм-фактора и предельная простота эксплуатации. Для конечного пользователя это означает быстрое и легкое подключение периферии или соединение компьютеров без каких бы то ни было кабелей. К тому же технология дает возможность связать больше двух устройств, используя единое радиосоединение. Справедливости ради, стоит отметить, что Bluetooth-интерфейс остается пока довольно дорогим удовольствием.

Сама спецификация является открытой и абсолютно бесплатной, она доступна всем желающим и лежит на официальном сайте SIG. Некоторые части технологии запатентованы, компаниям необходимо подписать лицензионное соглашение для использования Bluetooth в своих продуктах. Однако цена лицензии - нулевая, лицензирование нужно только для сохранения интеллектуальной собственности разработчиков.

Когда Bluetooth еще находилась на стадии разработки, многие пророчили ей будущее стандарта de facto. Сейчас с ней конкурируют HomeRF (спецификация, используемая видео/аудиотехникой) и IEEE 802.11b (стандарт беспроводных локальных сетей), пока, правда, не нашедшие широкого распространения. Серьезной соперницей Bluetooth является технология инфракрасной связи IrDA, но она не предназначена для построения беспроводных локальных сетей и работает только по принципу точка-точка в зоне прямой видимости.

Неводы и сети

К делу! Посмотрим, что же являет собой технология Bluetooth и каковы основные принципы ее работы. Ясно, что главными действующими лицами выступают Bluetooth-устройства, с них мы и начнем. Такое устройство в терминологии спецификации называется Bluetooth-системой. Система состоит из модуля, обеспечивающего радиосвязь, и присоединенного к нему хоста, в качестве которого может выступать компьютер или периферийное устройство. Bluetooth-модули обычно встраиваются в устройство или подключаются через доступный порт либо PC-карту. Поскольку все модули физически и функционально равноценны, от природы хоста можно абстрагироваться. Модуль состоит из менеджера соединений (link manager), контроллера соединений и приемопередатчика с антенной. Модули могут соединяться как по схеме точка-точка, так и обеспечивать многоточечные соединения.

Связанные по радио модули образуют пиконет (piconet). Эта сеть возникает при соединении двух модулей, а затем уже могут подключиться и другие. С самого начала соединения один из модулей играет роль ведущего (master), второй - ведомого (slave). Это распределение ролей не может быть изменено в ходе соединения (во время существования пиконета), поскольку если в пиконет входит больше двух устройств, они не соединяются между собой, а поддерживают связь только с ведущим.

В пиконете не может быть больше восьми модулей: адрес активного участника пиконета (в спецификации он фигурирует под названием AM_ADDR), используемый для идентификации, является трехбитным, то есть уникальный адрес могут иметь семь ведомых модулей (ведущий не имеет адреса), а нулевой адрес зарезервирован для широковещательных (broadcast) сообщений. Но это не означает, что с помощью Bluetooth нельзя объединить больше восьми устройств. Для этого в спецификацию вводится понятие скэттернет (scatternet, рассеянная сеть). Скэттернет формируется из нескольких независимых пиконетов. Установить связь с модулем, подключенным к другому пиконету, может любой модуль сети, в том числе и ведущий.

Как слышите? Прием!

Теперь перейдем к родному и реальному, к пространству и времени, к материи, к электромагнитным волнам. Оптимальный радиус действия модуля - от 10 см до 10 м, но при увеличении излучаемой мощности он может превысить 100 м. Диапазон рабочих частот Bluetooth-модулей (2,402-2,483,5 ГГц) почти во всем мире (за исключением России, ряда развивающихся стран и, удивительное дело, Израиля) является не лицензируемым, это полоса ISM (Industry-Science-Medicine), предназначенная для нужд промышленности, науки и медицины. Во Франции, Испании и Японии использовались нестандартные ISM-диапазоны, но, судя по замечаниям в спецификации, в скором времени положение будет исправлено. Пока же для них рекомендовано выпускать адаптированные версии Bluetooth-устройств, которые, к сожалению, несовместимы со стандартными.

Работа в не лицензируемом диапазоне - одновременно и главное преимущество, и главный недостаток Bluetooth.

С одной стороны, для технологии, претендующей на мировой стандарт, предпочтительно использование общепринятых свободных диапазонов. С другой - не одна SIG выделяется такой сообразительностью, в этом диапазоне работает много устройств, начиная с беспроводных сетей IEEE 802.11b и заканчивая, например, беспроводными телефонами и автоматическими гаражными дверями. Кроме того, этот же диапазон использует HomeRF.

Передайте-ка мне этот пакетик

Коммуникационный канал Bluetooth имеет пиковую пропускную способность 721кбит/с. Для уменьшения потерь от интерференции и обеспечения сосуществования нескольких пиконетов частота в Bluetooth перестраивается скачкообразно (1600 скачков/с). Используются псевдослучайные последовательности скачков по семидесяти девяти (для большинства стран) или двадцати трем (для Японии, Франции и Испании) радиочастотным каналам, разделенным полосой в один мегагерц. Каждый пиконет имеет собственную последовательность скачков, зависящую от адреса ведущего модуля (у каждого модуля есть уникальный 48-битный сетевой адрес в соответствии со стандартом IEEE 802) и позиции его таймера. Канал разделен на временные слоты (интервалы) длиной 625 мс (время между скачками), в каждый из них устройство может передавать информационный пакет. Для полнодуплексной передачи используется схема TDD (Time-Division Duplex, дуплексный режим с разделением времени). По четным значениям таймера начинает передавать ведущее устройство, по нечетным - ведомое.

Помимо полезных данных пакет содержит код доступа и заголовок. Один временной слот предназначен для одного пакета, но пакет может быть расширен и на большее количество слотов (до пяти). Но не все йогурты одинаковы. Имеется три вида пакетов: предназначенные только для голоса (обычно 64 Кбайт/с), только для данных и комбинированные. Для передачи разных пакетов предусмотрены два типа связей: ACL (Asynchronous Connection-Less) и SCO (Synchronous Connection-Oriented). Разные пары ведущий-ведомый в пределах пиконета могут использовать различные типы связи. Более того, тип связи может безо всяких ограничений меняться в течение сеанса связи.

Синхронный тип соединений обычно используется для голоса. Это соединения типа точка-точка между ведущим и одним из ведомых модулей. Синхронность сохраняется путем резервирования слотов через равные интервалы времени. Для данных в пакете при этом типе связи не вычисляется контрольная сумма, они никогда не передаются дважды. Исключение - специальный синхронно-асинхронный тип пакетов: в этом случае передаются данные и голос, для данных присутствует контрольная сумма, и возможна повторная передача.

Асинхронная связь - многоточечная между ведущим и всеми ведомыми модулями пиконета. ACL-связь гарантирует точную передачу пакетов, а если пакет не принят или принят неправильно, он передается снова. Модули обмениваются пакетами в течение временных прмежутков (слотов), не зарезервированных для синхронных связей. Ведущий модуль может посылать широковещательные пакеты, предназначенные для всех ведомых модулей.

Верной дорогой идете, товарищи!

На прошлогодней выставке «Comdex» технология Bluetooth была признана одной из самых перспективных. Похоже, это действительно так: некоторые исследования показывают, что к середине десятилетия рынок Bluetooth-устройств доберется до 3 млрд. долларов, а их количество подойдет к 670-миллионной отметке. Область применения Bluetooth значительно расширилась по сравнению с первоначальной - соединением ноутбуков, PDA и сотовых телефонов. Разработчики спецификации заложили в свое детище универсальность, помогающую адаптировать технологию к нестандартным применениям.

К примеру, на недавней выставке «CEATEC Japan 2000» (Bluetooth была на ней «хитом сезона») были представлены самые разнообразные применения Bluetooth - от камеры в сотовом телефоне, передающей изображение прямо на принтер, до беспроводных проекторов и наушников. Всесторонняя поддержка технологии ведущими производителями электроники, безусловно, положительно сказывается на расширении рынка Bluetooth-устройств. Очень хочется надеяться, что в самое ближайшее время технология по-настоящему сойдет с выставочных стендов, Bluetooth-модули значительно подешевеют и станут привычными и даже необходимыми, в том числе и в нашей стране.

Врезка 1