Тема: Технологія Bluetooth.
Мета: познайомити учнів із поняттям та характеристиками технології Bluetooth.
Тип уроку: комбінований.
Матеріальне забезпечення: роздатковий матеріал.
Структура уроку:
І. Організаційний момент.
1. Перевірка присутності учнів на уроці.
2. Повідомлення теми і мети уроку.
ІІ. Актуалізація розумової діяльності учнів.
Яку виник стандарт FDDI?
Яку топологію використовує стандарт FDDI?
Яке середовище передачі даних використовується в FDDI?
Перечисліть основні технічні характеристики FDDI.
З яких компонент складається FDDI?
Який метод доступу використовується в мережі типу FDDI? Опишіть його.
Назвіть переваги та недоліки стандарту FDDI.
ІІІ. Викладення нового матеріалу.
План:
Виникнення технології Bluetooth.
Поняття та характеристики технології Bluetooth.
Принцип дії Bluetooth.
Специфікації Bluetooth.
Стек протоколів.
З’єднання в Bluetooth.
Виникнення технології Bluetooth.
Специфікація Bluetooth була розроблена групою Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), яка була заснована 20 травня 1998 році. До неї уввійшли компанії Ericsson, IBM, Intel, Toshiba і Nokia. У SIG вже складається близько 2000 компаній. Згодом Bluetooth SIG і IEEE досягли угоди, на основі якої специфікація Bluetooth стало частиною стандарту IEEE 802.15.1.
Поняття та характеристики технології Bluetooth.
Назва Bluetooth ("синій зуб") походить від прізвища середньовічного короля Данії Гаральда I Синєзубого (норв. Harald Blåtann). Гаральд вмів посадити за стіл переговорів ворогуючі партії, домовляючись з кожною партією окремо, тому назва Bluetooth стала відповідним ім'ям для технології, яка дозволяє різним пристроям спілкуватися один з одним. Використовуючи перші літери імені короля (руни B та H) у комбінації, створено й логотип технології.
На відміну від технології інфрачервоного зв'язку IrDA (Infrared Direct Access), що працює за принципом "точка-точка" в зоні прямої видимості, технологія Bluetooth розроблялася для роботи як за принципом "точка-точка", так і в якості багатоточкового радіоканалу, керованого багаторівневим протоколом, схожим на протокол мобільного зв'язку GSM.
Основне призначення Bluetooth - забезпечення економного (з точки зору споживаного струму) і дешевого радіозв'язку між різноманітними типами електронних пристроїв. Причому, велике значення приділяється компактності електронних компонентів, що дає можливість застосовувати Bluetooth у малогабаритних пристроях розміром з наручний годинник. Bluetooth забезпечує обмін інформацією між такими пристроями як кишенькові і звичайні персональні комп'ютери, мобільні телефони, ноутбуки, принтери, цифрові фотоапарати, мишки, клавіатури, джойстики, навушники, гарнітури на надійній та недорогій радіочастоті для ближнього зв'язку. Bluetooth дозволяє цим пристроям обмінюватись інформацією, коли вони знаходяться в радіусі від 10 до 100 метрів один від одного, навіть в різних приміщеннях. Дальність дуже сильно залежить від механічних та радіо перешкод.
Технологія Bluetooth спеціально розроблена для забезпечення дешевого, стійкого, ефективного, високоємного зв'язку, для роботи з голосом і передачі даних, з наступними характеристиками:
1.Швидкість передачі/прийому 1 Мбіт/с, при використанні каналу з максимально можливою шириною смуги.
2.Швидкі перемикання частоти, щоб уникнути інтерференції.
3.Адаптивна вихідна потужність для мінімізації перешкод.
4.Короткі пакети даних для мінімізації потужності під час перешкод.
5.Швидке впізнання (підтвердження).
6.Інтерфейс передачі/прийому, спеціально пристосований для мінімізації енергоспоживання.
Ці властивості дають технології Bluetooth можливість забезпечувати надзвичайно гнучкий зв'язок з високими швидкостями передачі даних навіть за наявності серйозних перешкод. При завідомо хорошому прийомі в сприятливих умовах передачі сигналу, в міру посилення перешкод, падіння якості переданого сигналу буде залишатися мінімальним і поступовим, що дає можливість збереження стабільного зв'язку.
Радіус роботи пристроїв BT2 не перевищує 15 метрів, для BT1 до 100 м (клас А). Ці числа декларуються стандартом для прямої видимості, в реальності не варто чекати роботу на відстані більше 10-20 метрів. Такого дальнодії недостатньо для ефективного застосування атак на практиці. Тому, ще до детального опрацьовування алгоритмів атаки, на Defcon-2004 публіці була представлена антена-гвинтівка BlueSniper, розроблена Джонном Херінгтоном (John Herington). Пристрій підключається до портативного пристрою ноутбуку/КПК і має достатню спрямованість і потужність (ефективна робота до 1,5 км.)
Принцип дії Bluetooth.
Спектр сигналу формується по методу FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum псевдовипадкова перебудова робочої частоти). Метод FHSS простий в реалізації, забезпечує стійкість до широкосмугових перешкод, а устаткування коштує недорого.
Згідно алгоритму FHSS, в Bluetooth частота сигналу, що несе, стрибкоподібно міняється 1600 разів в секунду (всього виділяється 79 робочих частот шириною в 1 Мгц, а в Японії, Франції і Іспанії смуга вже 23 частотних каналу). Послідовність перемикання між частотами для кожного з'єднання є псевдовипадковою і відома тільки передавачу і приймачу, які кожні 625 мкс (один часовий слот) синхронно перебудовуються з однієї частоти, що несе, на іншу. Таким чином, якщо поряд працюють декілька пар приймач-передавач, то вони не заважають один одному. Цей алгоритм є також складовою частиною системи захисту конфіденційності передаваної інформації: перехід відбувається по псевдовипадковому алгоритму і визначається окремо для кожного з'єднання. При передачі цифрових даних і аудіосигналу (64 Кбіт/с в обох напрямах) використовуються різні схеми кодування: аудіо-сигнал не повторюється (як правило), а цифрові дані у разі втрати пакету інформації будуть передані повторно. Без перешкодостійкого кодування це забезпечує передачу даних зі швидкостями 723,2 Кбіт/с із зворотним каналом 57,6 Кбіт/с, або 433,9 Кбіт/c в обох напрямах.
Для повнодуплексної передачі використовується дуплексний режим з тимчасовим розділенням (TDD). Підтримується ізохронна і асинхронна передача даних і забезпечується проста інтеграція з TCP/IP. Енергоспоживання пристроїв Bluetooth має бути в межах 0.1 Вт. Кожен пристрій має унікальну 48-бітову мережеву адресу, сумісний з форматом стандарту локальних мереж IEEE 802.
Специфікації Bluetooth.
Bluetooth 1.0
Пристрої версій 1.0 (1998) і 1.0B мали погану сумісність між продуктами різних виробників. У 1.0 і 1.0B була обов'язковою передача адреси пристрою (BD_ADDR) на етапі встановлення зв'язку, що робило неможливою реалізацію анонімності з'єднання на протокольному рівні і було основним недоліком даної специфікації.
Bluetooth 1.1
У Bluetooth 1.1 було виправлено безліч помилок, знайдених в 1.0B, додана підтримка для нешифрованих каналів, індикація рівня потужності сигналу, що приймається (RSSI).
Bluetooth 1.2
У версії 1.2 була додана технологія адаптивної перебудови робочої частоти (AFH), що поліпшило опір до електромагнітної інтерференції (перешкодам) шляхом використання рознесених частот в послідовності перебудови.
Bluetooth 2.0
Bluetooth версії 2.0 (2004) повністю сумісний з версіями 1.x. Основним нововведенням стала підтримка EDR (Enhanced Data Rate), що дозволило підвищити швидкість передачі 2,1 Мбіт/с.
Bluetooth 2.1
У Bluetooth версії 2.1 (2007) додана технологія розширеного запиту характеристик пристрою (для додаткової фільтрації списку при спряжуванні), енергозберігаюча технологія (Sniff Subrating), яка дозволяє збільшити тривалість роботи пристрою від одного заряду акумулятора в 3-10 разів. Крім того оновлена специфікація істотно спрощує і прискорює встановлення зв'язку між двома пристроями.
Bluetooth 3.0
Модулі з підтримкою нової специфікації поєднуватимуть в собі дві радіосистеми. Перша, з низьким енергоспоживанням, забезпечує передачу даних на звичайній для другої версії Bluetooth швидкості в 3 мегабіти в секунду. Інша, високошвидкісна і сумісна ізстандартом 802.11, забезпечує швидкості, порівнянні із швидкістю мереж Wi-Fi.
Bluetooth 4.0
Новий стандарт призначений для передачі коротких пакетів даних обсягом по 8-27 байт зі швидкістю 1 Мбіт/с.
Bluetooth 4.0 планується використовувати в мініатюрних сенсорах, що розміщуються на тілі пацієнтів, в спортивного взуття, тренажерах тощо. Сенсори на базі нового стандарту зможуть передавати різну інформацію з навколишнього світу — температуру, тиск, вологість, швидкість пересування і так далі - на різні пристрої контролю, включаючи мобільні телефони.
Означення по темі технологія Bluetooth
• Піконет - "пікомережа": набір пристроїв, з'єднаних через технологію Bluetooth спеціальним способом. Піконет починається з двох з'єднаних пристроїв, таких як портативний ПК і стільниковий телефон, і може розростатися до восьми з'єднаних пристроїв ось чому потрібний адресний простір обмежений 3 бітами). Всі пристрої Bluetooth є одноранговими пристроями і мають ідентичну реалізацію. Однак при установці піконет один пристрій буде діяти як майстер для цілей синхронізації, а інший (і) - як слейв (и) для підтримки піконет-з'єднання.
• Scatternet - "мережа розкиду": Дві або більше незалежних і несинхронізованих мережі піконет, взаємодіючих між собою.
• MAC-адреса: 3-бітний Media Access Control адреса, що використовується для розрізнення пристроїв, включених у піконет.
Стек протоколів.
На малюнку показано, що стек протоколу складається з рівня радіо в основі, яке формує фізичний інтерфейс з'єднання. Рівень протоколу зв'язку baseband і Link Manager Protocol (LMP) встановлюють і контролюють з'єднання між пристроями Bluetooth. Ці три рівні підстави здійснені в обладнанн /програмному забезпеченні. Рівень Host Controller потрібно, щоб з'єднати за допомогою інтерфейсу Bluetooth з верхнім протоколом-L2CAP (Logical Link Control і Adaptation Protocol).
Рівень зв'язку
Зв'язок працює у вільному ISM діапазоні смузі близько 2.4GHz і використовує поширення спектру. Цей діапазон простирається від 2400 до 2483.5 МГЦ в більшості країн, і цілий діапазон використовується для оптимізації поширення спектру. 
Baseband
Baseband - рівень протоколу, контролюючий зв'язок. Baseband контролює послідовності перельоту частоти і дбає про кодування рівня для безпечних з'єднань. Можуть бути встановлені два типи з'єднань:
SCO: Синхронне орієнтоване з'єднання. Ці сполуки передбачаються для передачі синхронних даних типу голос.
ACL: Асинхронне з'єднання. Такі з'єднання можуть використовуватися для додатків передачі даних, які не вимагають синхронного зв'язку.
Baseband забезпечує функціональні можливості, необхідні для пристроїв, щоб синхронізувати їх годинник і встановлювати з'єднання. Також забезпечуються процедури запиту для виявлення адреси пристроїв, що знаходяться поблизу. Виправлення помилки для пакетів забезпечується в залежності від типу пакета.
1. Три в одному: окрема телефонна трубка працює як селекторна зв'язок в офісі (ніякої плати за користування телефоном).
2. "Портфельна хитрість": RF-зв'язок не потребує прямої видимості між пристроями. Значить, мобільний телефон може під'єднатися до ноутбука навіть тоді, коли той перебуває в портфелі, і використовувати доступ до його можливостей, наприклад, до електронної пошти.
3. Автоматичний Синхронізатор: забезпечення бездротового зв'язку між PDA користувача, портативної ЕОМ і мобільним дозволить додаткам автоматично оновлювати та синхронізувати органайзер та інші дані, якщо модифікації зроблені на одному пристрої.
4. Бездротові навушники (гарнітури): Вони дозволяють доступ до мобільних пристроїв користувача і навіть до аудіо, в той час як пристрої знаходяться в кишені користувача.
5. Автомобільні комплекти: пристрої hands-free дозволяють водіям користуватися телефоном без відриву від управління автомобілем.
З’єднання в Bluetooth.
Розглянемо ситуацію: чоловік гуляє з готелю і хоче скористатися своєю електронною поштою за допомогою пристрою Bluetooth, яким може бути ноутбук або PDA. Що він мав би зробити? Він натиснув би на меню або піктограму поштової програми. Пристрій автоматично виконав б наступні кроки (крім кроку реєстрації, актуального в разі, якщо пристрій вперше використовується в цьому середовищі):
1. Запит: пристрій при вступі в нове середовище автоматично ініціалізував би запит, щоб з'ясувати, які пристрої є доступними в межах його радіуса дії. Це приведе до наступного:
а) Всі доступні прилеглі пристрої дадуть відповідь.
б) Пристрій вибирає одне з відповіли пристроїв.
2. Пейджинг: пристрій викличе baseband-процедуру, звану пейджинг. У результаті відбувається синхронізація пристрою з пунктом доступу, серед інших необхідних ініціалізації.
3. Встановлення з'єднання: LMP встановить з'єднання з точкою доступу. Оскільки додаток в цьому випадку поштовий (email), буде використовуватися ACL з'єднання.
Далі будуть виконуватися нижченаведені дії по встановленню.
4. Сервіс: LMP буде використовувати протокол SDP для встановлення, який сервіс є доступним, зокрема, поштовий сервіс, або потрібно звернеться до іншого хосту. Припустимо, що сервіс є доступним, інакше програма не може далі діяти.
5. Канал L2CAP: На основі інформації, отриманої від SDP, пристрій створить канал L2CAP до пункту доступу.
6. Безпека: Якщо пункт доступу обмежує доступ певної кількості користувачів або пропонує безпечне з'єднання режиму людям, які зареєструвалися раніше, тоді пункт доступу пошле запит безпеки при встановленні з'єднання. Користувач повинен знати правильний PIN-код для доступу до сервісу.
7. Мережеві протоколи: Мережеві протоколи типу TCP / IP, IPX, Appletalk можуть одержувати і передавати дані по каналу без труднощів.
Годинник: Кожен Bluetooth модуль має вбудовану систему часу, яка визначає час і частотні передачі. Годинники Bluetooth є вільно йдуть часами, які ніколи не коригуються і ніколи не вимикаються. Для синхронізації з іншими модулями використовуються тільки зміщення (величина, на яку відрізняється час в інших модулях в порівнянні з "рідними" годинником), накладене на "рідні" годинник, - тимчасові годинник Bluetooth, які взаємно синхронізовані. Годинники Bluetooth не мають ніякого відношення до часу доби. Годинники Bluetooth дуже важливі для трансівера Bluetooth через синхронізації безлічі важливих подій, без яких неможлива зв'язок.
Встановлення зв'язку
Як тільки пристрій буде перебувати в стані зв'язку, LMP може починати встановлювати з'єднання. З'єднання L2CAP базуються на концепції каналів, які визначаються ідентифікаторами каналу, аналогічними сокетами в TCP / IP. Канал, відмінний від каналу piconet, ідентифікується адресою пристрою, з яким створено двосторонню з'єднання, і ідентифікатором каналу. Основні кроки в установці з'єднання в підсумку виглядають так:
1. Пакети POLL і відповідь використовуються для передачі інформації конфігурації без взаємодії хоста.
2. Відправляється пакет LMP_host_connect_request.
3. Віддалене пристрій відповідає LMP_NOT_ACCEPTED, якщо додаток, запитувана першим пристроєм, не хоче або не може відповісти. Інакше надсилається відповідь LMP_ACCEPTED.
4. Відповідає пристрій може запитати про відключення ролі, якщо це буде потрібно з деяких причин. Перший пристрій відповідає відповідним пакетом для прийняття або не прийняття запиту.
IV. Закріплення матеріалу:
Як виникла технологія Bluetooth?
За яким принципом працює технологія Bluetooth?
Яке призначення технології Bluetooth?
Перечисліть характеристики Bluetooth.
Перечисліть специфікації Bluetooth. Опишіть їх.
Що таке піконет та скарнет?
Які протоколи використовує Bluetooth?
Яким чином встановлюється з’єднання з Bluetooth?
V. Домашнє завдання. Опрацювати конспект.
|