Близкая связь с далекими последствиями.
13 февраля 2003
Рубрика: Технологии.
Автор: .
pic

Перспективы технологии беспроводной связи.

История о «Голубом Зубе»

В тридевятом царстве, в Датском государстве, жил-был в Х веке король (викинг по национальности) Харальд II. И было у него хобби все объединять. Вот объединил он раздробленные междоусобицами Данию и Норвегию, и прославился в веках, правда, в историю он попал почему-то под псевдонимом Harald’a BLEtand’a — «Голубой Зуб (челюсть)» (то ли дантист у него был дальтоником, то ли еще почему — история об этом умалчивает). И вот спустя тысячелетие благодарные потомки короля Харальда II, помня о его заслугах по объединению всего и вся, создали технологию беспроводной радиосвязи Bluetooth (от английского Bluetooth — Голубой зуб).

Собственно, история создания стандарта Bluetooth началась еще в 1994 году, когда перед инженерами исследовательского центра компании Ericsson, что в шведском городе Лунд, была поставлена задача создать беспроводное соединение между сотовым телефоном и периферийными устройствами. Соединение это предполагалось сделать на основе технологии маломощного и недорогого радиоинтерфейса, в целях отмены использования традиционных и неудобных соединительных кабелей. Однако понятно, что стандарт становится стандартом, если его поддерживает большое количество производителей и самих телефонов и, главное, периферийных устройств. Поэтому в 1998 году был создан консорциум в составе Nokia, Ericsson, IBM, Intel и Toshiba, причем объединение это изначально было открыто для сотрудничества (никаких планов по ограничению использования или лицензирования и прочих корпоративных штучек), и сегодня в объединение по разработке и продвижению стандарта Bluetooth, Bluetooth SIG (Special Interest Group) Promouter входит порядка 2000 компаний самых различных направлений, среди которых (помимо отцов-основателей) такие брэнды, как 3СOM, Microsoft, Motorola, Lucent Technologies, и многие другие.

pic

В настоящее время более распространена версия 1.0, которая была принята еще в декабре 1999 года. Выпущена также в 2000 году и версия 1.1. Процесс интеграции в «Bluetooth’ное» сообщество пошел, так сказать, семимильными шагами. Практически любой мало-мальски серьезный производитель техники (от пылесоса до спутникового телефона) сегодня имеет решения с применением интерфейса Bluetooth.

Зачем нам нужен Bluetooth?

Современный человек имеет на вооружении столько электронных устройств, которые необходимо соединять для совместной работы, что порой (особенно в офисах) приходится делать буквально «кабелепроводы» и другие мероприятия по упорядочению кабельного хозяйства. Посмотрите, сколько кабелей обычно болтается сзади компьютера, соединенного с принтером, сканером, цифровой фотокамерой и мало ли еще с чем. Применение домашнего радиотелефона, и особенно сотового, дает нам настоящую свободу передвижения, что мы сразу же и оценили. Но вот соединение сотового телефона даже с гарнитурой типа Hands Free (свободные руки) сопряжено с наличием провода от наушников с микрофоном. Использование в автомобиле Hands Free с проводами неудобно, разъемы от частого подключения разбалтываются. То же самое можно сказать и про соединение ноутбука и сотки, наладошечника (PDP) и принтера, MP3 проигрывателя и компьютера. В большинстве случаев еще приходится и носить с собою комплект драйверов к устройству, которое планируется мобильно подключать. Использование инфракрасных портов, распространенных в последнее время, имеет свои недостатки — такие, как высокая энергоемкость, необходимое условие прямой (исчисляемая 1-2 метрами дистанцией) видимости соединяемых устройств и невысокая скорость передачи данных.

pic

Технические характеристики
технологии Bluetooth

Технология беспроводной радиосвязи Bluetooth представляет собой недорогой радиоинтерфейс с низким энергопотреблением (мощность передатчика всего порядка 1 мВт), с помощью которого можно организовать в режиме реального времени передачу данных и звуковых сигналов. Попросту говоря, Bluetooth позволяет связывать друг с другом любые электронные устройства, используя либо встроенные, либо дополнительно устанавливаемые в них устройства Bluetooth.
Физически любое устройство Bluetooth представляет собой радиоприемник-радиопередатчик, работает оно на частотах 2400-2483,5 МГц. Диапазон частот выбран не случайно, т.к. диапазон радиоволн является самым «узким» местом при выборе универсального, массового радиочастотного устройства. Во всех странах радиочастотный спектр поделен на диапазоны применений (для служб безопасности, милиции, службы авианавигации, сотовых операторов, FM-радиостанции и т.п), каждый диапазон строго лицензируется и контролируется комиссиями по радиочастотам в целях регулирования и недопущения «засорения» радиоэфира. Понятно, что радиоспектр не резиновый, поэтому появление целого семейства массовых радиоустройств требовало тщательного подхода в выборе диапазона частот. Этим диапазоном стал диапазон, называемый ISM (Industrial, Scientific Medical), предназначенный для работы промышленных, научных и медицинских радиоприборов. Почти во всех странах мира он свободен от лицензирования. Исключение составляют Франция и Испания. Были проблемы и в Японии, но с октября 1999 года весь спектр радиочастот, предусмотренный спецификацией Bluetooth, стал доступен и в этой стране. Устройства Bluetooth, специально разработанные для Франции (диапазон 2446,5-2483,5 МГц) и Испании (2445-2475 МГц), не будут работать с устройствами, разработанными для остального мира. Однако члены консорциума Bluetooth SIG ведут переговоры с властями этих стран, и надеемся, что проблемы с частотами будут устранены.

pic

Радиоканал спецификации Bluetooth обладает полной пропускной способностью в 1 Мбит/сек. Возможна комбинированная передача данных и звука. Ширина канала для Bluetooth-устройств составляет 723,3 Кбит/сек. в асинхронном режиме или 433,9 Кбит/сек. Если не передаются данные, то через Bluetooth-соединение можно передавать до 3 аудиоканалов. Каждый из аудиоканалов поддерживает по 64 Кбит/сек. синхронному аудиоканалу в каждом направлении.
Спецификацией Bluetooth 1.0 предусматривалось, что расстояние, на котором может быть установлено соединение Bluetooth-устройств, не будет превышать 10 метров (реально до30 метров). Сегодня уже ведутся работы над увеличением этого расстояния до 100 метров. Главным «козырем» соединения с применением технологии Bluetooth является то, что для установления связи не требуется прямой видимости или какой-либо направленной антенны, соединение возможно и через стены (если, конечно, вы работаете не в рентгенкабинете и если стены не «заэкранированы» напрочь).

pic

В отличие от многих компьютерных устройств, которым для соединения требуются определенные действия по подключению-активации — установке драйверов, различные Bluetooth-устройства соединяются друг с другом в автоматическом режиме, стоит им только оказаться в пределах досягаемости. Собственно в этом и есть, пожалуй, главное «ноу хау» этого соединения. Оказавшись рядом, Bluetooth-устройства могут устанавливать как соединение по типу «точка-точка» (для соединения двух устройств), так и более сложное «точка-многоточек», когда одно устройство одновременно работает с несколькими другими. Последнее соединение очень удобно, когда, к примеру, вы настроили свой ноутбук на работу и с принтером (причем не одним), и со сканером и интернет-терминалом, с цифровой фотокамерой и т.п. Когда одно устройство соединяется с несколькими (может быть подключено до семи активных устройств, можно еще держать в резерве зарегистрированные, но не активированные устройства, и в случае необходимости их активировать), то устройство, которое обслуживает несколько соединений, называется master, к примеру ноутбук, а подключенные устройства, например принтер(ы), сотовый телефон, цифровая фотокамера и т.п., называются slave.

pic

Помимо активных slave-устройств, может существовать множество неактивных, т.е. тех, которые не могут обмениваться данными с master-устройством, пока заняты все каналы. Однако неактивные slave-устройства остаются синхронизированными с master-устройством, и могут использоваться пользователем по мере необходимости. Такая структура организации «иерархии» взаимодействия Bluetooth-устройств (master-устройство — много slave-устройств) называется piconet. Потребность в создании определенных структур организации взаимодействия по типу piconet продиктовано в первую очередь тем, что в перспективе Bluetooth-устройств будет много. Во-вторую тем, что радиоинтерфейс связывает различные по «интеллекту» устройства (в перспективе планируется, что даже холодильник, термометр или телевизор будут посылать пользователю запрашиваемые им данные и исполнять команды в пределах своей «компетенции». Сплит-система, например, может по требованию пользователя включиться, настроится на определенный температурный режим и сообщить о текущей температуре в комнате). В одной piconet может быть только одно master-устройство, но этот процесс может масштабироваться практически без ограничения, т.к. каждое slave-устройство может одновременно являться master-устройством для других устройств. Объединение таким образом нескольких piconet образует scatternet.

pic

В общем, целая «Bluetooth Империя», о чем, наверное, и мечтал славный король-викинг Харальд II.

Как защитить Империю
от хакеров и прочих врагов?

Самым ярким примером пиратских атак на денежные средства законопослушных граждан с использованием радиоинтерфейса можно считать махинации с применением всеволновых радиосканеров. Телефонные воришки «сканировали» разговоры в радиусе до 100 м, а после того как хозяин радиотелефона «положил» трубку, сканер, настроенный на частоту телефонной трубки, мог заставить базу позвонить куда угодно. Обычно это заканчивалось тем, что хозяин телефона получал астрономические счета за междугородние переговоры с населенным пунктом на юге Гондураса, а сам название этой южноамериканской страны без рюмки молока и выговорить-то не смог бы. А тут на кон поставлено управление данными (т.е. компьютером) и другими устройствами. Приходишь домой, а HDD аккуратно отформатирован, от вашего имени шефу отослан гнусный e-mail, принтер отпечатал фотографию какой-то особы не шибко тяжелого поведения, а с вашего счета в банке… Ну, в общем, страх божий. Но в случае с Bluetooth не все так печально.

pic

Действительно, техническая часть процедуры соединения осуществляется автоматически, как только устройства оказываются в пределах досягаемости. Но вот решение об обмене данными с тем или иным устройством принимаете только вы. Процедура соединения Bluetooth-устройств в незнакомом окружении начинается с режима поиска других устройств Device discovery. Все обнаруженные устройства могут быть в неконтактном состоянии (non-connectable mode) или в контактном состоянии (connectable mode). Если устройство в неконтактном состоянии, то невозможно настроить параметры соединения, следовательно, обмен данными невозможен. В контактном состоянии связавшиеся Bluetooth устройства «договариваются» о параметрах соединения (используемый диапазон частот и порядок их смены, размер страниц данных и т.п.). После завершения процедуры поиска устройств (device discovery) новое устройство получает набор адресов (для идентификации каждое Bluetooth-устройство имеет уникальный 48-битный сетевой адрес), после чего начинается процедура определения услуг (service discovery), которое предоставляет подключаемое устройство. Получение или предоставление каких-либо услуг и есть главная задача соединения устройств. Для поиска возможных услуг используется специальный протокол, называемый Service Discovery Protocol.

Для защиты Bluetooth-устройств от несанкционированного доступа к данным предусмотрено кодирование передаваемых данных, а также выполнение процедуры авторизации устройств. Технология защиты передаваемых данных встроена в сам протокол. В зависимости от выполняемых задач может быть три режима защиты, в которых может работать устройство, что позволяет создавать достаточно надежно защищенные соединения. Тем не менее говорить о полной защите нельзя, т.к. все-таки остается возможность перехвата трафика без применения какого-либо специфического оборудования. Но сделать это не так-то и легко.

Текущее положение
и перспективы развития
технологии Bluetooth

Самым видным примером использования Bluetooth-устройства можно считать комплект беспроводной связи (Hands Free) для сотовых телефонов, первый образец которого был изготовлен основоположником Bluetooth-технологии-компанией Ericsson в ноябре 1999 года. В настоящий момент выпускается масса сотовых телефонов (или Bluetooth-адаптеров к ним) со встроенным Bluetooth-интерфейсом (например, Ericsson T36s, Siemens S42, Nokia 6310 и др.), практически все крупные производители портативных компьютеров также имеют решения на Bluetooth-технологиях как встроенных, так и адаптеров на интерфейс PCМCIA. Для большинства современных компьютеров пригодятся уже выпускаемые серийно адаптеры с Bluetooth на USB. Налажен выпуск принтеров со встроенным интерфейсом Bluetooth 1.1. Универсальный Bluetooth-адаптер под названием Infostick, который вставляется в слот флэш-памяти Memory Stick, выпустила компания Sony. Есть компании, которые предложили встраивать Bluetooth-устройства в чемоданы и сумки, дабы избежать потери ценного багажа при транcпортировке. Есть уже и Bluetooth-часы и даже авторучки. Процесс, что называется, пошел. Есть разработки, создающие «триединый» мобильный телефон, который с применением технологии Bluetooth, переключается в офисе на работу с офисной АТС и сотовой сетью, дома на домашний телефон и все с той же сотовой сетью. Никаких проблем с переходом с одного телефона на другой. Не нужно создавать мобильные телефоны с поддержкой нескольких стандартов (например, DECT + GSM). А как вам решение о создании домашнего Bluetooth-музыкального центра, на котором можно проигрывать-записывать музыку, «посылаемую» с компьютера, магнитофона, MP3-проигрывателя, в общем со всего, что играет в квартире, и все это без всяких шнуров и адаптеров. Причины успеха этой технологии в том, что она совершенна и в то же время проста в использовании, предполагает низкую стоимость устройств, отсутствие лицензионных отчислений, поддерживается большинством производителей техники и имеет верно выбранный диапазон частот. По прогнозам вездесущих аналитиков, через 4-5 лет объемы продаж Bluetooth-устройств могут достигнуть миллиарда единиц в год (!)

Ай да Харальд, ай да датский «Сир».

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте