Tłok w eterze

Doniosłość czynów żyjącego w X wieku Haralda I Sinozębego stawia go w pierwszym rzędzie monarchów ówczesnej krainy wikingów. Harald Bla°tand w największym stopniu przyczynił się do powstania Zjednoczonego Królestwa Danii i Norwegii. W 1994 roku, czyli ponad tysiąc lat po śmierci legendarnego Skandynawa, firma Ericsson Mobile Communications rozpoczęła prace badawcze nad tanim interfejsem radiowym niskiej […]

Doniosłość czynów żyjącego w X wieku Haralda I Sinozębego stawia go w pierwszym rzędzie monarchów ówczesnej krainy wikingów. Harald Bla°tand w największym stopniu przyczynił się do powstania Zjednoczonego Królestwa Danii i Norwegii.

W 1994 roku, czyli ponad tysiąc lat po śmierci legendarnego Skandynawa, firma Ericsson Mobile Communications rozpoczęła prace badawcze nad tanim interfejsem radiowym niskiej mocy, który miał realizować wymianę danych pomiędzy telefonem komórkowym a jego akcesoriami. Technologię nazwano zangielszczonym przydomkiem Haralda I – Bluetooth. Oczekiwano, że dzięki układowi uda się „zjednoczyć” najrozmaitsze urządzenia. Studium miało być de facto częścią większego projektu dotyczącego urządzeń komunikacyjnych podłączanych do sieci telefonii komórkowej za pośrednictwem telefonów GSM. Planowano, że ostatnim ogniwem takiej sieci stanie się krótkozakresowe łącze radiowe. W miarę postępowania prac projektowych okazało się, że liczba urządzeń, które miałyby wykorzystywać nowy protokół, jest praktycznie nieograniczona.

Na początku 1997 roku do Ericssona dołączyli inni producenci przenośnych urządzeń. Powód „zjednoczenia” był bardzo prosty: system komunikacji, który ma odnieść sukces, musi być ogólnodostępny, tani, użyteczny i wykorzystywany przez zdecydowaną większość „aparatów”.

Na parę metrów

Bluetooth pozwala na szybkie skonstruowanie bezprzewodowych, radiowych sieci, łączących np. telefon komórkowy wyposażony w specjalny układ nadawczo-odbiorczy z tak samo „dozbrojonym” zestawem słuchawkowym. Taka sieć – składająca się maksymalnie z ośmiu urządzeń – nosi nazwę piconetu. Jeden z jego elementów pełni funkcję urządzenia nadrzędnego (master), pozostałe zaś to urządzenia podporządkowane (slave). Kilka pikonetów (dzięki jednemu z urządzeń wchodzących w skład sieci) może współpracować ze sobą, tworząc większy konglomerat – tzw. scatternet. Należy zaznaczyć, że nadajnik pracujący w trybie master w jednym pikonecie nie może jednocześnie spełniać funkcji nadzorcy w innym. W obrębie scatternetu urządzenie nadrzędne dla jednego pikonetu może być jedynie podrzędnym w drugim piconecie (patrz: rysunek).

Maksymalna odległość między poszczególnymi składnikami sieci wynosi ok. 10 metrów. Wynika to z mocy, jaką dysponują nadajniki Bluetootha – jest ona rzędu pojedynczych miliwatów i raczej nie może być większa. Należy przypuszczać, że radiowe łącza będą zestawiane pomiędzy urządzeniami przenośnymi, zasilanymi z baterii, a zatem nie dysponującymi dużymi rezerwami mocy (choć istnieje możliwość podłączenia nadajników do wzmacniaczy zwiększających zasięg do ok. 100 metrów). A niewielki zasięg ma pewną zaletę – nie stwarza zagrożenia „zaśmiecenia” eteru.

Bluetooth pozwala zestawić kanały transmisyjne synchroniczne i asynchroniczne. W przypadku tych pierwszych możliwa jest jednoczesna obsługa trzech kanałów o maksymalnej przepustowości 64 kb/s każdy. Natomiast transmisja asynchroniczna jest niesymetryczna (z szybkością 721 kb/s w kierunku nadajnik 1 – nadajnik 2 i 57,6 kb/s w drugą stronę) albo symetryczna – po 432,6 kb/s w obie strony. Dostępny jest też tryb pracy z obsługą jednego kanału synchronicznego i jednego niesynchronicznego.

Per aspera ad astra: od niewielkiego układu Bluetooth (na dole w środku) do pierwszych urządzeń funkcjonujących w nowym standardzie radiowego przesyłania danych.

Nadawanie danych odbywa się z wykorzystaniem metody kluczowania częstotliwości (FSK, Frequency Shift Keying). W eter nie są wysyłane bezpośrednio kombinacje zer i jedynek, lecz sygnał sinusoidalny o częstotliwości odchylonej nieco do tej, na której pracują nadajniki w piconecie (patrz: rysunek na stronie 143). Odchylenie dodatnie oznacza nadanie bitu o wartości „1”, ujemne zaś – bit „0”.

Każde urządzenie korzystające z technologii Bluetooth może być jednoznacznie zidentyfikowane. Wszystkie układy nadawczo-odbiorcze mają własny, unikatowy, 32- -bitowy adres BDA (Bluetooth Device Address). Da się zatem skonstruować 2

32

(czyli ponad 4 miliardy) takich układów.

Skacząc w paśmie

Kiedy ktokolwiek decyduje się na opracowanie systemu łączności radiowej, musi wybrać częstotliwość, na której będą pracowały konstruowane urządzenia. W przypadku Bluetootha zdecydowano się na częstotliwość 2,4 GHz – tzw. pasmo ISM (Industry, Science and Medicine). W większości państw pasmo to nie jest licencjonowane i można zajmować je bez otrzymania żadnego zezwolenia. Istnieje jednak i druga strona medalu: ponieważ licencje są zbędne, częstotliwość 2,4 GHz jest powszechnie wykorzystywana przez producentów bezprzewodowego sprzętu – pracują na niej choćby nadajniki zdalnie otwierające drzwi garaży. Należy więc liczyć się z możliwością zakłócenia sygnałów wysyłanych przez urządzenia stosujące technologię Bluetooth.

Trudno też nie zadać sobie pytania, jak w ogóle możliwe jest równoczesne działanie kilku nadajników w piconecie. Każdy wie, że położone blisko siebie stacje radiowe, pracujące w tym samym paśmie, zagłuszają się nawzajem. Ponadto nie wolno zapominać, że sygnały radiowe są wyjątkowo łatwe do przechwycenia. Należałoby zatem pomyśleć o zabezpieczaniu przed ewentualnym podsłuchem.

Kilka nadajników podrzędnych (slave) podłączonych do urządzenia master tworzy tzw. piconet. Wiele takich sieci współpracujących ze sobą składa się na scatternet.

Przedstawione problemy z zagłuszaniem (interferencją) sygnałów i możliwością przechwycenia informacji rozwiązano kilkadziesiąt lat temu. Podczas prac nad Błękitnym Kłem skorzystano z istniejącej już techniki rozpraszania widma sygnału z przeskokiem częstotliwości (Spread Spectrum with Frequency Hopping). Polega ona na tym, że częstotliwość, na której pracuje nadajnik, zmienia się nieustannie. Podobnie jest z odbiornikiem – nie dostraja się on tylko do jednej częstotliwości, lecz przeskakuje po różnych, tak samo jak układ nadawczy. Dane są transmitowane w pakietach, z których każdy jest nadawany (i odbierany) na innej częstotliwości. W przypadku Bluetootha minimalna częstotliwość pracy wynosi 2402 MHz, maksymalna zaś – 2480 MHz. Pasmo to podzielono na 79 kanałów oddalonych od siebie o 1 MHz. Przeskoki między częstotliwościami odbywają się 1600 razy na sekundę, nietrudno więc obliczyć, że czas pracy na jednym kanale (tzw. szczelina czasowa albo Time Slot) wynosi 625 mikrosekund. Próba przechwycenia danych przekazywanych między urządzeniami w piconecie wymagałaby posiadania odbiornika, który „wiedziałby”, jak zmieniać częstotliwość nasłuchu. W innym przypadku możliwe jest jedynie „podsłuchanie” najwyżej paruset bajtów. A ponieważ sekwencja przeskoków częstotliwości zmienia się w sposób niemal przypadkowy (steruje nią generator pseudolosowy), przechwycenie kompletu danych jest bardzo trudne.

W tym miejscu mogą pojawić się wątpliwości. Łatwo jest bowiem zmieniać parametry pracy nadajnika. Kłopotliwe jest dopasowanie do nich odbiornika. Skoro ze względu na losowe zmiany częstotliwości nadawania osobom postronnym trudno przechwycić dane, tak samo trudno będzie odebrać informacje tym, którzy są do tego uprawnieni. Ponadto pozostaje jeszcze problem wzajemnego zagłuszania się poszczególnych nadajników w piconecie.

Info
Grupy dyskusyjne
Pytania, uwagi i komentarze do artykułu:
#
Pytania techniczne:
#
Internet:
Bluetooth SIG:
http://www.bluetooth.net/
http://www.bluetooth.com/
Ziór odnośników do serwisów na temat Bluetootha:
http://www.nikunen.net/bluetooth/
Literatura:
Harold B. Killen: Digital communications with fiber optics and satellite applications, Prentice-Hall, New Jersey, 1992
Na CHIP-CD w dziale Internet | Technologia Bluetooth znajdują się fragmenty dokumentacji technicznej Bluetootha
0
Zamknij

Choć staramy się je ograniczać, wykorzystujemy mechanizmy takie jak ciasteczka, które pozwalają naszym partnerom na śledzenie Twojego zachowania w sieci. Dowiedz się więcej.