Беспроводные интерфейсы
Bluetooth На роль универсального стандарта, в том числе и для использования в домашних цифровых сетях, сегодня реально претендует только стандарт Blutooth, разработанный в мае 1998 г. компаниями Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia.
Bluetooth • Родина стандарта ‑ Скандинавия, ведь фактически он является результатом дальнейшего развития работ шведской компании Ericsson по созданию систем беспроводной связи для радиотелефонов, проводимых ею с 1994 г. в рамках проекта MC Link. • Согласно первоначальному замыслу, новый стандарт должен был объединить в сеть радиотелефон и его аксессуары (например, телефонную гарнитуру) без помощи проводов. • Видимо, поэтому у создателей и родилась мысль назвать его в честь легендарного короля‑викинга Гарольда, сумевшего объединить в X в. Данию и Норвегию в целостное государство. Король Гарольд имел “в миру” прозвище Harald Blaatand (Голубой зуб, по другой версии, Harald Bietand − Голубая челюсть), а поскольку в англоязычной транскрипции Голубой зуб звучит как Bluetooth, то это имя в конце концов и закрепилось за новым стандартом.
Bluetooth • к проекту Bluetooth присоединились такие гиганты, как IBM, Intel, Toshiba и Nokia, совместно с Ericsson в мае 1998 г. создавшие специальную рабочую группу Bluetooth SIG Inс. (Bluetooth Special Interest Group Inc. ) с целью популяризации стандарта и привлечения к его разработке новых участников. • Так как потенциал этого стандарта оказался намного больше, чем предусматривалось первоначально поставленной задачей (связать сотовый телефон с компьютерами, органайзерами и их периферией), к многообещающему проекту примкнули Motorola, Compaq, Dell, Lucent Technologies, Philips и еще свыше 2500 менее знаменитых и титулованных. • И теперь их общая цель − разработка спецификации стандарта Bluetooth для построения на его основе
Bluetooth Успеху Bluetooth SIG способствовали несколько важных моментов. • Во‑первых, возможность создания очень простых и удобных в пользовании аппаратов с интерфейсом, стоимость которого при широком внедрении не будет превышать 5 долл. • Во‑вторых, простота объединения (Plug&Play) в одну общую систему самых разнообразных устройств: от компьютеров и сотовых телефонов до домашней AV‑электроники, а в перспективе ‑ и электробытовой техники со встроенным интерфейсом Bluetooth. • В‑третьих, стандарт обеспечивает автоматическую переконфигурацию сети при подключении к ней новых устройств, а также легкость объединения нескольких локальных сетей (Piconet) в сеть более высокого уровня (Scatternet). • Наконец, что немаловажно, стандарт Bluetooth является открытым, и любой желающий производить аппаратуру с интерфейсом этого формата может бесплатно вступить в Bluetooth SIG и получить его техническую спецификацию
Bluetooth. Технические характеристики • На сегодняшний день действует версия 1. 1 стандарта, согласно которой цифровые устройства со встроенным радиомодемом Bluetooth предназначены для построения сетей беспроводной связи в диапазоне частот 2, 4 ГГц. Этот диапазон был выбран потому, что является открытым, т. е. для работы радиосредств на этих частотах не требуется специальной лицензии, так как он изначально отводился для аппаратуры промышленного, научного и медицинского применения (т. н. диапазон ISM ‑ Industry, Science, Medicine)
Bluetooth. Технические характеристики. Дальность действия связи от 10 до 30 м В перспективе ‑ до 100 м Количество устройств в одной первичной сети Piconet Максимум 7 Диапазон рабочих частот 2, 402− 2, 480 ГГц Метод модуляции несущих GFSK 721/56 Кбит в Скорость передачи данных прямой/обратный канал асимметричном, 432/422 Кбит в симметричном режимах Цена встраиваемого в аппаратуру интерфейса Bluetooth В перспективе 20‑ 30 долл. 5 долл.
Bluetooth. Технические характеристики. С целью повышения помехоустойчивости сигнала в Bluetooth используется смена частоты несущей по псевдослучайному закону FHSS, которая осуществляется 1600 раз в секунду. С этой же целью в качестве вида модуляции несущей Bluetooth выбрана GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Благодаря этому обеспечивается устойчивая связь не только в пределах прямой видимости, но и, например, в соседних помещениях, разделенных радиопрозрачной стенкой. В зависимости от характера использования оконечного устройства предусмотрены два режима передачи данных: в синхронном и асинхронном режимах.
Bluetooth. Технические характеристики. • Каждое устройство Bluetooth имеет свой неповторимый 48‑битовый сетевой адрес, совместимый со стандартом локальных беспроводных сетей IEEE 802. • Привлекательно, что протокол стандарта "Голубой зуб" допускает не только режим работы "точка‑точка", при котором между собой общаются только два устройства, но и возможность их эксплуатации в сети по типу "точка‑многоточие". • В этом случае до 8 рядом расположенных устройств Bluetooth образуют первичную сеть, которую называют piconet. Уникальной особенностью этого формата, отличающей его от других беспроводных технологий, является возможность устройств "Голубого зуба" автоматически соединяться друг с другом, как только они оказываются в зоне действия их радиопередатчиков.
Bluetooth. Технические характеристики. • Это подключение происходит через протокол Device discovery, в соответствии с которым работа устройства Bluetooth в незнакомом окружении начинается с того, что оно начинает посылать запросы "братьям по разуму", т. е. приборам с таким же типом интерфейса. Если процесс идет нормально, то находящиеся в зоне уверенного приема (в радиусе 10 − 30 м) "голубозубые" аппараты посылают новичку свои позывные, и новое устройство получает список (имена) доступных для связи коллег. • Важный элемент работы сети Bluetooth защита от несанкционированного проникновения (Security mode). Имеется 3 режима доступа в систему. В первом, Security mode 1, защита сети снята, и все устройства открыты для общения. В режиме Security mode 3 защита максимальна, и новое соединение с любым новичком, не зарегистрированным в сети, не устанавливается.
Сеть устройств с интерфейсом Bluetooth
Сеть устройств с интерфейсом Bluetooth • Будем считать, что вновь прибывший "Голубой зуб" благополучно прошел регистрацию в сети и радушно принят в сетевое сообщество. Теперь он будет числиться в списке его членов, причем на уровне пользователя это может быть не только служебный идентификационный сетевой номер устройства, а просто его имя (например, "принтер"). • Если в сети находятся всего 2 устройства, то они, как мы уже говорили, будут напрямую общаться друг с другом согласно протоколу Bluetooth по типу "точка‑точка". • Если же в сети окажется от 3 до 8 устройств, то они образуют между собой первичную сеть (piconet), при этом главный master (например, компьютер) будет обслуживать несколько подключенных к нему абонентов slave (принтер, модем и т. д. ). • Один "мастер" может работать не более чем с 7 "слугами". Впрочем, каждый "слуга" тоже может стать "мастером", но только при работе в другой сети piconet, совокупность которых образует сеть верхнего уровня scatternet
Сеть устройств с интерфейсом Bluetooth
Сеть устройств с интерфейсом Bluetooth • При этом устройства Bluetooth самостоятельно устанавливают между собой необходимые логические связи (например, AV‑аппаратура и компьютер с периферией объединятся в собственные локальные piconet в рамках одной общей домашней информационной сети scatternet) и при этом сами решают, кто их из них "мастер", а кто "слуга". • Для выполнения столь сложных и, прямо скажем, нетривиальных операций искусственного интеллекта в микросхемы интерфейса Bluetooth зашивают достаточно мощное ПО, имеющее несколько уровней сложности.
Сеть устройств с интерфейсом Bluetooth Модуль Bluetooth состоит из 2 основных частей: радиочастотного приемопередатчика (RF IC и Base Band IC) и цифрового процессора, формирующего заданный стандартом протокол передаваемого сигнала и ведущего обработку принятого сообщения. ПО модуля "Голубого зуба" также имеет несколько уровней (слоев) сложности. • ПО нижнего уровня (Bluetooth module low layer) управляет работой передатчика и формирует транспортный протокол передаваемого сигнала, а также осуществляет декодирование принятого от других "голубозубых" устройств сообщений. • ПО уровня middleware ответственно за весь искусственный интеллект модуля и реализует основные функции стандарта Bluetooth. • ПО уровня Bluetooth profile раздает информацию и команды управления в пределах своего устройства по его портам и управляет режимами его работы
Сеть устройств с интерфейсом Bluetooth
Беспроводной ИК интерфейс (Ir. DA) • Пользователям современной компьютерной техники часто требуется быстрый и удобный способ передачи информации между разными электронными устройствами (настольным компьютером, ноутбуком, мобильным телефоном, электронным органайзером, цифровым фотоаппаратом, принтером и т. д. ). • Оптимальным решением является приобретение инфракрасного адаптера. Он позволяет просто и без проводов соединить с компьютером любое устройство, имеющее инфракрасный выход и поддерживающее стандарт IRDA. • Именно инфракрасная связь становится одним из новых стандартов эффективной беспроводной передачи информации между двумя электронными устройствами благодаря малому энергопотреблению высокой помехоустойчивости и большой скорости передачи информации.
• Infrared Data Association — Ir. DA, ИК порт, Инфракрасный порт — группа стандартов, описывающая протоколы физического и логического уровня передачи данных с использованием инфракрасного диапазона световых волн в качестве носителя.
Беспроводной ИК интерфейс (Ir. DA) • Через ИК порт, с помощью протокола высокого уровня — Ir. OBEX можно, например, передать цифровую визитную карточку, мелодию, картинку или файл на другой мобильник или компьютер, на котором также имеется ИК порт. Этот же протокол позволяет организовывать синхронизацию данных. • Протокол Ir. COMM позволяет использовать мобильный телефон как беспроводной модем. • Протокол Ir. LAN позволяет подключить связать устройства в локальную сеть, наподобие Ethernet. • Ввиду того, что пульты дистанционного управления используют этот же протокол, КПК, со встроенным ИК портом, можно использовать как пульт для управления. Для этого, как правило, необходимо установить соответствующее ПО.
Беспроводной ИК интерфейс (Ir. DA)
Беспроводной ИК интерфейс (Ir. DA) • • • Ir. PHY (Infrared Physical Layer Specification) — представляет обязательный протокол самого низкого уровня среди спецификаций Ir. DA. Основные характеристики спецификации Ir. PHY выглядят следующим образом: Дальность: не менее одного метра. ГАМИД Минимальное поддерживаемое отклонение от оси приемника/передатчика: не менее 15°. Скорость передачи данных: от 2. 4 кбит/c до 16 Мбит/c (100 Mбитная версия находится в разработке). Модуляция: немодулированный сигнал, без несущей. Волновой диапазон: от 850 до 880 нанометров. Режим передачи данных: полудуплексный. Интересно что спецификация не определяет максимальных допустимых значений для таких параметров как дальность или отклонение от оси, тем не менее типичное расположение устройств для организации соединения подразумевает расстояние от 5 до 50 сантиметров, на одной оси. Устройства с односторонней связью (например пульт ДУ и телевизор), как правило, поддерживают дальность не менее 10 метров. Использование полудуплексного режима мотивируется тем, что, при попытке одновременного приема и передачи данных, излучение собственного передатчика будет сильно мешать приему сигнала от передатчика удаленного, что делает реализацию полнодуплексного режима очень сложной и нецелесообразной. Скорости передачи данных делятся на несколько поддиапазонов — SIR, MIR, FIR, VFIR, UFIR каждый из которых характеризуется не только разными скоростями но и использованием различных кодовых схем. Что, собственно, и делает возможным более быструю передачу данных.
ИК интерфейс (Ir. DA). Технические характеристики. • Максимальная скорость передачи данных: связь по Ir. DA: 4 Mбит/с, соединение USB: 12 Мбит/с; • несколько скоростей передачи данных в стандарте SIR: 115. 2; 57. 6; 38. 4; 19. 2; 9. 6 Кб/c; • совместимость ИК адаптеров с интерфейсами USB 2. 0; • пространственный диапазон связи: 1 − 100 см при угле отклонения до 30 градусов (стандарт Ir. Da); • совместимость с Windows 98/2000/Me/Xp/Vista; • не предусматривает создания сети устройств. • На сегодняшний день существуют три стандарта интерфейса Ir. DA − 1. 0, 1. 1. и 2. 0. Чтобы осуществить корректное сопряжение устройств и персонального компьютера, необходимо обеспечить совместимость стандартов ИК интерфейса.
Внешние порты Ir. DA
Wi-Fi • Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность» ) — стандарт на оборудование Wireless LAN. • Разработан консорциумом Wi Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802. 11, «Wi Fi» — торговая марка «Wi Fi Alliance» . Технологию назвали Wireless Fidelity (дословно «беспроводная точность» ) по аналогии с Hi Fi. • Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В нынешнее время во многих организациях используется Wi Fi, так как при определённых условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi Fi. • Мобильные устройства (КПК, смартфоны и ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi Fi приёмо передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа или хот споты.
Wi-Fi история • Wi Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent Technologies и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. • Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой Wave. LAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. • Создатель Wi Fi — Вик Хейз (Vic Hayes) находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, как IEEE 802. 11 b, 802. 11 a и 802. 11 g. • В 2003 году Хейз ушёл из Agere Systems не смогла конкурировать на равных в тяжёлых рыночных условиях, несмотря на то, что её продукция занимала нишу дешёвых Wi Fi решений. 802. 11 abg all in one чипсет от Agere (кодовое имя: WARP) плохо продавался, и Agere Systems решила уйти с рынка Wi Fi в конце 2004 года.
Wi-Fi Принцип работы • Обычно схема Wi Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. • Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую» . • Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0. 1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0. 1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.
Преимущества Wi-Fi • Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями. • Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам. • Wi Fi устройства широко распространены на рынке. А устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов. • Wi Fi — это набор глобальных стандартов. В отличие от сотовых телефонов, Wi Fi оборудование может работать в разных странах по всему миру.
Недостатки Wi-Fi • Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы; во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Италия, требуют регистрации всех сетей Wi Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi Fi оператора. • Высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства. • Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из за слабой стойкости алгоритма). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA 2, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802. 11 i (WPA 2) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения. • Wi Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний маршрутизатор Wi Fi стандарта 802. 11 b или 802. 11 g имеет радиус действия 45 м в помещении и 90 м снаружи. Микроволновая печь или зеркало, расположенные между устройствами Wi Fi, ослабляют уровень сигнала. Расстояние зависит также от частоты.
Недостатки Wi-Fi • Наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа, например, в больших многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа Wi Fi. • Неполная совместимость между устройствами разных производителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения или уменьшению скорости. • Уменьшение производительности сети во время дождя. • Перегрузка оборудования при передаче небольших пакетов данных из за присоединения большого количества служебной информации. • Малая пригодность для работы приложений использующих медиа потоки в реальном времени (например протокол RTP, применяемый в IP телефонии): качество медийного потока непредсказуемо из за возможных высоких потерь при передаче данных, обусловленных целым рядом неконтролируемых пользователем факторов (атмосферные помехи, ландшафт и иное, в частности перечисленное выше). Несмотря на данный недостаток, выпускается масса Vo. IP оборудования на базе устройств 802. 11 bg, которое ориентировано в том числе и на корпоративный сегмент: однако в большинстве случаев документация к подобным устройствам содержит оговорку, гласящую, что качество связи определяется устойчивостью и качеством радиоканала.
Сеть Wi-Fi
Сеть Wi-Fi
Оборудование Wi Fi
Хот споты (точки доступа) Актобе, Алматы, Астана, Астрахань, Баку, Барнаул, Бежецк, Белгород, Бердск, Братск, Брянск, Валга, Владивосток, Владикавказ, Волгоград, Волгодонск, Воронеж, Гай, Днестровск, Донецк, Екатеринбург, Ереван, Железногорск Илимский, Жуковский, Запорожье, Зеленоград, Иркутск, Ишим, Йыхви, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киев, Кишинёв, Комсомольск, Костанай, Краснодар, Красноярск, Кубинка, Кунда, Липецк, Махачкала, Минск, Москва, Мурманск, Мытищи, Набережные Челны, Нальчик, Невельск, Нефтеюганск, Нижневартовск, Нижний Новгород, Новокузнецк, Новороссийск, Новосибирск, Ногинск, Обь, Одесса, Одинцово, Певек, Пелагиада, Пенза, Перевоз, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск Камчатский, Подольск, Псков, Ростов на Дону, Салават, Самара, Санкт Петербург, Саратов, Северодвинск, Североморск, Североонежск, Симферополь, Сочи, Стерлитамак, Сургут, Таганрог, Таллинн, Тамбов, Ташкент, Тбилиси, Тольятти, Томск, Троицк, Тула, Тюмень, Улан Удэ, Ульяновск, Урай, Усинск, Уфа, Ухта, Учалы, Хабаровск, Харьков, Химки, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Черновцы, Энгельск, Южно Сахалинск, Ярославль.
Хот споты Перми
Безлимитка от УСИ "Абоненты "Домашнего Интернета" Utel имеют возможность пользоваться услугой не только дома, но и в публичных точках доступа в Интернет (хот-спотах) Wi-Fi. Сидя за столиком кафе, ресторана или находясь в торговом центре, вы можете отправлять и получать электронную почту, "сёрфить" по Интернету, если у вас есть с собой ноутбук или карманный персональный компьютер, оснащенный беспроводным адаптером. При этом нет необходимости приобретать карты предоплаченного трафика. Для оплаты услуги деньги будут списываться с вашего лицевого счета. "
Wi. MAX • Wi. MAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802. 16, который также называют Wireless MAN. WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) — беспроводные сети масштаба города. • Стандарт IEEE 802. 16, опубликованный в апреле 2002 года, описывает wireless MAN Air Interface. 802. 16 — это так называемая технология «последней мили» , которая использует диапазон частот от 10 до 66 GHz. Так как это сантиметровый и миллиметровый диапазон, то необходимо условие «прямой видимости» . Стандарт поддерживает топологию point to multipoint, технологии frequency division duplex (FDD) и time division duplex (TDD), с поддержкой quality of service (Qo. S). Возможна передача звука и видео. Стандарт определяет пропускную способность 120 Мбит/с на каждый канал в 25 MHz. • Стандарт 802. 16 a последовал за стандартом 802. 16. Он был опубликован в апреле 2003 и использует диапазон частот от 2 до 11 GHz. Стандарт поддерживает ячеистую топологию (mesh networking). Стандарт не накладывает условие «прямой видимости» .
Скачать презентацию Беспроводные интерфейсы Bluetooth На роль универсального стандарта
Ч2_2 Беспроводные интерфейсы.ppt