BT

Published on January 2017 | Categories: Documents | Downloads: 53 | Comments: 0 | Views: 718
of 8
Download PDF   Embed   Report

Comments

Content

BLUETOOTH
1. Wstęp teoretyczny
Bluetooth jest darmowym standardem opisanym w specyfikacji IEEE 802.15.1. Jest to
technologia bezprzewodowej komunikacji krótkiego zasięgu pomiędzy różnymi urządzeniami
elektronicznymi, takimi jak klawiatura, komputer, laptop, telefon komórkowy i wieloma
innymi. Używa fal radiowych w paśmie ISM 2,4 GHz. Urządzenie umożliwiające
wykorzystanie tej technologii to adapter Bluetooth (rys.1).

Rys. 1. Adapter bluetooh

Standardy Bluetooth:









Bluetooth 1.0 – 21 kb/s
Bluetooth 1.1 – 124 kb/s
Bluetooth 1.2 – 328 kb/s
Bluetooth 2.0 – 2,1 Mb/s,
Bluetooth 2.0 + EDR (Enhanced Data Rate) - 3,1 Mb/s
Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) – 24 Mb/s (3 MB/s)
Bluetooth 3.1 + HS (High Speed) – 40 Mb/s (5 MB/s)
Bluetooth 4.0 + LE (Low Energy) – 200 kb/s, niższe zużycie energii, mniejszy
transfer, większy zasięg (do100m)

Klasy urządzeń Bluetooth:


klasa 1 (100 mW) ma największy zasięg, do 100 m,



klasa 2 (2,5 mW) jest najpowszechniejsza w użyciu, zasięg do 10 m



klasa 3 (1 mW) rzadko używana, z zasięgiem do 1 m.

Architektura systemu Bluetooth:
Podstawową jednostką technologii Bluetooth jest pikosieć (ang. piconet), która zawiera węzeł
typu master oraz maksymalnie 7 węzłów typu slave. Wiele pikosieci może istnieć w jednym
pomieszczeniu, a nawet mogą być ze sobą połączone przy pomocy węzła typu bridge (rys.2).
Połączone ze sobą pikosieci określa się mianem scatternet. Dodatkowo, oprócz siedmiu
węzłów typu slave, w jednej pikosieci może pracować do 255 węzłów, pozostających w stanie
synchronizacji z urządzeniem typu master (jest to tzw. tryb wyczekiwania i niskiego poboru
mocy). Urządzenia te nie uczestniczą w wymianie danych. Mogą tylko otrzymać sygnał
aktywacyjny lub nawigacyjny od węzła typu master. Istnieją jeszcze dwa przejściowe stany
hold oraz sniff. Przyczyną podziału węzłów na master i slave jest minimalizacja kosztów

technologii. Konsekwencją tego jest fakt, że węzły typu slave są w 100% podporządkowane
węzłom master. Pikosieć jest scentralizowanym systemem TDM, urządzenie master
kontroluje zegar i określa, które urządzenie i w którym slocie czasowym może się z nim
komunikować. Wymiana danych może nastąpić tylko pomiędzy węzłem master i slave.
Komunikacja slave – slave nie jest możliwa.

Rys. 2. Połączone dwie pikosieci – scatternet

Architektura protokołów Bluetooth:
Standard Bluetooth określa wiele protokołów, pogrupowanych w warstwy. Struktura warstw
nie odpowiada żadnemu znanemu modelowi (OSI, TCP/IP, 802). IEEE prowadzi prace nad
zmodyfikowaniem systemu Bluetooth, aby dopasować go do modelu określonego standardem
802.
• Najniższa warstwa – fizyczna warstwa radiowa – odpowiada warstwie fizycznej łącza
danych. Określa ona transmisje radiową oraz modulację stosowaną w systemie.
• Warstwa druga – baseband layer – jest zbliżona do podwarstwy MAC modelu OSI, ale
zawiera także elementy warstwy fizycznej. Określa ona w jaki sposób urządzenie
master kontroluje sloty czasowe i jak sloty są grupowane w ramki.
• Kolejna warstwa grupuje powiązane ze sobą protokoły. Link manager zajmuje się
ustanowieniem logicznych kanałów między urządzeniami, zarządzaniem energią oraz
jakością usługi(QoS). Link control adaptation protocol, często nazywany L2CAP,
zajmuje się szczegółowymi parametrami transmisji, uwalniając w ten sposób wyższe
warstwy od tego obowiązku. Protokół ten jest analogiczny do podwarstwy LLC
standardu 802, ale technicznie jest zupełnie inny. Jak wskazują nazwy, protokoły
audio i control zajmują się dźwiękiem oraz kontrolą. Aplikacje mogą z nich korzystać
pomijając protokół L2CAP.
• Kolejna warstwa jest warstwą przejściową, zawierającą mieszaninę różnych
protokołów. Podwarstwa LLC standardu 802, została wstawiona tu przez IEEE, w
celu zapewnienia kompatybilności z sieciami 802. RFcomm (Radio Frequency
communication) jest protokołem, który emuluje standardowy port szeregowy do
podłączenia klawiatury, myszy, modemu oraz innych urządzeń. Protokół telephony
jest protokołem czasu rzeczywistego, używanym w profilach zorientowanych na
rozmowy. Zarządza również zestawieniem i rozłączeniem połączenia. Protokół
discovery service jest używany do umiejscowienia usługi wewnątrz sieci.
• W ostatniej warstwie umiejscowione są aplikacje oraz profile. Używają one
protokołów warstw niższych. Każda aplikacja ma swój podzbiór używanych
protokołów, zazwyczaj korzysta tylko z nich i pomija inne.

Rys. 3. Architektura protokołów Bluetooth

Bluetooth – struktura ramki:
• Pole adres nagłówka identyfikuje jedno z ośmiu aktywnych urządzeń, dla którego
przeznaczona jest ramka.
• Pole typ określa typ ramki (ACL, SCO, pool albo null), rodzaj korekcji błędów
używany w polu danych oraz liczbę slotów w ramce.
• Pole Flow jest ustawiane przez slave, gdy jego bufory są pełne i nie może on przyjąć
więcej danych.
• Bit Acknowledgement jest potwierdzeniem transmisji.
• Bit Sequence jest używany w celu numeracji ramek aby wykryć retransmisje.
• Ostatnie 8 bitów to suma kontrolna.
18 bitów nagłówka są powtarzane trzy razy dając w efekcie nagłówek 54 bitowy. Po stronie
odbiorczej prymitywny układ sprawdza wszystkie trzy kopie każdego bitu. Jeśli wszystkie są
takie same, wówczas bit jest zaakceptowany. Jeśli nie, to jeżeli otrzymano dwa 0 i jedną 1,
wartość końcowa jest 0, jeśli zaś dwie 1 i jedno 0, to jedynka.

Rys. 4. Struktura ramki w systemie Bluetooth

Profile systemu Bluetooth:
• K1 - ogólny profil dostępu GAP (Generic Access Profile).Podstawowy profil dostępu
wprowadza definicje zalecenia i wspólne wymagania dotyczących podstawowych
trybów pracy i procedur dostępu. Określa on zachowanie urządzenia w stan
oczekiwania i połączenia, które umożliwia zestawienie połączenia pomiędzy
urządzeniami Bluetooth, analizę stanu otoczenia i zapewnia odpowiednią poufność.
• K2 - profil aplikacji wykrywania usług SDAP (Service Discovery Application Profile).
Profil ten umożliwia identyfikację usług realizowanych w innych urządzeniach
ściągnięcie dostępnych informacji dotyczących tych usług.
• K3 - profil dla telefonii bezprzewodowej CTP (Cordless Telephony Profile). Profil
CTP, który definiuje właściwości i procedury wymagane do współpracy pomiędzy
różnymi elementami telefonu „trzy w jednym”. Telefon „trzy w jednym" to
rozwiązanie wprowadzające dodatkowy tryb pracy telefonu komórkowego jako














radiotelefonu bliskiego zasięgu do połączenia z siecią stacjonarną poprzez stację
bazową.
K4 - profil dla bezprzewodowej komunikacji wewnętrznej IntP (Interkom Profile).
Profil interkomu definiuje wymagania dla urządzeń Bluetooth dotyczące połączeń
bezpośrednich pomiędzy telefonami typu „trzy w jednym" tzw. usługa interkomu.
K5 - profil wirtualnego portu szeregowego SPP (Serial Port Profile). Profil portu
szeregowego opisuje wymagania związane z realizacją emulowanego radiowego łącza
szeregowego np. pomiędzy dwoma komputerami.
K6 - profil dla bezprzewodowego zestawu słuchawkowego HP (Headset Profile).
Umożliwia jej bezprzewodowe połączenie i pełnienie roli urządzenia wejściowego i
wyjściowego dla sygnałów dźwiękowych (audio).
K7 - profil usług modemowych DUN (Dial-up Networking Profile). Profil dostępu do
sieci stosowany jest przez komputer do uzyskania komputerowego dostępu do
Internetu poprzez telefon komórkowy lub modem.
K8 - profil usług telefaksowych FP (Fax Profile)
K9 - profil dostępu do sieci lokalnej LA (LAN Access Profile). Definiuje zestaw
procedur zapewniający bezprzewodowy dostęp do sieci LAN.
K10 - ogólny profil wymiany danych w postaci obiektów GOEP (Generic Object
Exchange Profile). W ramach usługi transmisji szeregowej wyodrębniono specjalna
grupę profili które precyzują wymagania odnośnie wymiany danych w podstacji
obiektów. Urządzeniami, które najczęściej korzystają z tego typu profili są laptopy,
notatniki elektroniczne czy telefony komórkowe..
K11 - profil przesyłania obiektów OPP (Object Push Profile). Profil przesyłania
obiektów OPP definiuje trzy podstawowe rodzaje operacje: 1. przesyłanie jednego lub
więcej obiektów 2. pobranie tzw. wizytówki biznesowej 3. wymianę wizytówek,
rozumianą jako następujące po sobie operacje 1. i 2.
K12 - profil przesyłania plików FTP (File Transfer Profile). Profil aplikacji transferu
plików FTP umożliwia przesyłanie danych w łączu bezprzewodowym.
K13 - profil synchronizacji danych SP (Synchronization Profile). Wirtualny port
szeregowy stanowi rozszerzenie ogólnego profilu dostępu GAP o elementy konieczne
do zapewnienia transmisji w trybie szeregowym. Zadaniem emulatora jest ukrycie
przed oprogramowaniem użytkownika, bezprzewodowego charakteru łącza.

Nowe profile Bluetooth 2.0:
• K14. Profil rozszerzonego wykrywania usług ESDP (ExtendedService Discovery
Profile)


K15. Profil dostępu do sieci osobistej PAN (PersonalAreaNetworkingProfile)



K16. Profil rodzajowej dystrybucji audio/wideo GAVDP (GenericAudio/Video
DistributionProfile)



K17. Profil zaawansowanej
DistributionProfile)



K18. Profil dystrybucji wideo VDP (Video DistributionProfile)



K19. Profil zdalnego
RemoteControlProfile)



K20. Profil “wydruku bez kabla” HCRP (HardCopyCableReplacementProfile)

dystrybucji

sterowania

audio

audio/wideo

A2DP

AVRCP

(AdvancedAudio

(Audio/Video



K21. Profil podstawowego obrazowania BIP (Basic ImagingProfile)



K22. Profil podstawowego drukowania BPP (Basic Printing Profile)



K23. Profil wspólnego dostępu do sieci ISDN CIP (CommonISDN Access Profile)



K24. Profil “wolne ręce” HFP (Hands-FreeProfile) Profil HFP



K25.
Profil
urządzeń
(HumanInterfaceDeviceProfile)



K26. Profil dostępu do karty SIM SAP (SIM Access Profile)

interfejsu

człowiek-maszyna

Literatura:
1. http://bluetooth.com/bluetooth/
2. http://pl.wikipedia.org
3. Brent A. Miller, Chatschik Bisdikian, Bluetooth, Helion, 2003.

Scenariusze ćwiczeń

HID

Scenariusz 1.
Potrzebne:
• dwa telefony z funkcją bluetooth
• stoper lub 3 telefon z możliwością zliczania czasu z dokładnością do 0.1 sek
Przebieg ćwiczenia:
Ćwiczenie polega na pomiarze czasu przesyłania [w sekundach] danych z podanych przez
prowadzącego odległości i powtórzenia pomiarów określoną ilość razy. Zawsze nadaje ten
sam telefon (A) i odbiera telefon (B),

Dane do ćwiczenia:
A) na stronie producentów sprawdzić w specyfikacji telefonów WERSJE BLUETOOTH i na
tej podstawie ustalić:
• maksymalny zasięg transmisji,
• prędkość transmisji [kbit/s, kbps, Mbit/s]
Znalezione informacje należy uwzględnić w sprawozdaniu.
B)









ilość powtórzeń pomiaru czasu z danej odległości: ……
wielkość pliku (w [kB]): …………………………………
typ danych (a) obrazek, (b) muzyka, (c) video,
warianty odległości [m], : ………………………
piętra, na których należy przeprowadzić pomiary : ……………………….
upewnić się, aby czas przesyłania największego pliku z maksymalnej odległości w
wariancie był nie dłuższy niż 30 sekund !!! (w razie konieczności zmienić plik na
mniejszy)
wyniki pomiaru umieścić w tabeli

Wyniki pomiarów:
• Wykonać wykresy wartości mierzonych dla każdego z wariantów np. przepustowość
dla kolejnych odległości miedzy urządzeniami.
• Wnioski uwzględniające ewentualne zakłócenia na różnych piętrach pomiarowych
• Wnioski ( m.in. porównanie praktycznych możliwości sprzętu z ich teoretycznymi
możliwościami, odległości, przepustowości. Opis wpływu odległości na transfer,
wpływu zakłóceń innych transferów, przeszkód )

Scenariusz 2:
Potrzebne:
• dwa telefony z funkcją bluetooth
• stoper lub 3 telefon z możliwością zliczania czasu z dokładnością do 0.1 sek
Przebieg ćwiczenia:
Ćwiczenie polega na pomiarze czasu przesyłania [w sekundach] danych z podanych przez
prowadzącego odległości i powtórzenia pomiarów określoną ilość razy. Zawsze nadaje ten
sam telefon (A) i odbiera telefon (B),
Dane do ćwiczenia:
A)
na stronie producentów sprawdzić w specyfikacji telefonów WERSJE BLUETOOTH i na tej
podstawie ustalić:
• maksymalny zasięg transmisji,
• prędkość transmisji [kbit/s, kbps, Mbit/s]
Znalezione informacje należy uwzględnić w sprawozdaniu.
B)







ilość powtórzeń pomiaru czasu z danej odległości: ……
wielkość pliku (w [kB]): …………………………………
typ danych (a) obrazek, (b) muzyka, (c) video,
pomiary z „przeszkodami” (drzwi, plecak, oparcie krzesła, ściana, etc) …………….
………………………………………………………………………………………..
wyniki pomiaru umieścić w tabeli

Wyniki pomiarów:
• Wykonać wykresy wartości mierzonych dla każdego z wariantów np. czas przesyłu w
funkcji wielkości przesyłanych danych i kolejnych odległości miedzy urządzeniami.
• Wnioski uwzględniające ewentualne zakłócenia na różnych piętrach pomiarowych
• Wnioski ( m.in. porównanie praktycznych możliwości sprzętu z ich teoretycznymi
możliwościami, odległości, przepustowości. Opis wpływu odległości na transfer,
wpływu zakłóceń innych transferów, przeszkód )

Scenariusz 3:
Potrzebne:
• 3 lub 4 telefony (lub inne urządzenia) z funkcją bluetooth
• stoper lub telefon z możliwością zliczania czasu z dokładnością do 0.1 sek
Przebieg ćwiczenia:
Ćwiczenie polega na pomiarze czasu przesyłania [w sekundach] danych z podanych przez
prowadzącego odległości i powtórzenia pomiarów określoną ilość razy.
Dane do ćwiczenia:
A)
na stronie producentów sprawdzić w specyfikacji telefonów WERSJE BLUETOOTH i na tej
podstawie ustalić:
• maksymalny zasięg transmisji,
• prędkość transmisji [kbit/s, kbps, Mbit/s]
Znalezione informacje należy uwzględnić w sprawozdaniu.
B)








ilość powtórzeń pomiaru czasu z danej odległości: ……
wielkość pliku (w [kB]): …………………………………
typ danych (a) obrazek, (b) muzyka, (c) video,
pomiary w konfiguracji: …………….
a. pierwszy telefon z drugim, trzeci z czwartym, w tym samym czasie
b. pierwszy telefon z drugim, trzeci z czwartym
c. pierwszy z drugim, drugi z trzecim, trzeci z pierwszym
wyniki pomiaru umieścić w tabeli

Wyniki pomiarów:
• Wykonać wykresy wartości mierzonych dla każdego z wariantów np. czas przesyłu w
funkcji wielkości przesyłanych danych i kolejnych odległości miedzy urządzeniami.
• Wnioski uwzględniające ewentualne zakłócenia na różnych piętrach pomiarowych
• Wnioski ( m.in. porównanie praktycznych możliwości sprzętu z ich teoretycznymi
możliwościami, odległości, przepustowości. Opis wpływu odległości na transfer,
wpływu zakłóceń innych transferów, przeszkód )

Sponsor Documents

Or use your account on DocShare.tips

Hide

Forgot your password?

Or register your new account on DocShare.tips

Hide

Lost your password? Please enter your email address. You will receive a link to create a new password.

Back to log-in

Close