Интерфейс Bluetooth
Интерфейсы с беспроводной средой передачи данных все более востребованы в современном мире и применяются для неответственных приложений. Внедрение IrDA позволило унифицировать соединения между различным периферийным оборудованием и базовыми устройствами. Небольшая производительность канала обмена данными не позволила использовать оптическую среду для более сложных задач.
Бóльшими возможностями обладает радиосреда передачи данных. Ее пропускная способность выше, не требуется прямой видимости между портами, возможна реализация полнодуплексного режима. Такие свойства заложены в спецификацию стандарта Bluetooth. Первоначально он разработан консорциумом фирм-производителей мобильных электронных устройств. Позже разработка была поддержана IEEE, что и выразилось в создании стандарта IEEE.802.15.1.
Архитектура интерфейса Bluetooth может быть как магистральной, так и радиальной. В радиальном варианте функциональность системы в части передачи синхронных данных шире. Магистральный вариант реализуется посредством пикосетей. В пикосеть входит одно устройство, являющееся контроллером, и до 255 оконечных устройств.
Одновременно могут быть активными только 8 портов. Остальные находятся в неактивном режиме до команды активизации от контроллера. Пикосети могут взаимодействовать между собой, так как контроллер одной из них может являться одновременно оконечным устройством другой.
Каждому изделию с Bluetooth при изготовлении присваивается уникальный 27-разрядный адрес, подобно тому, как это принято в интерфейсе 1-Wire.
Радиообмен в Bluetooth происходит на частотах от 2,4 до 2,4835 ГГц. Данный диапазон практически во всех странах является не лицензируемым и может быть использован свободно. Весь этот диапазон разделен на 76 каналов. В конкретный момент времени обмен происходит только по одному из них.
Конфигурации пикосетей Bluetooth (рис. 5.3):
A). Радиальное соединение. Контроллер связан только с одним оконечным устройством. В этом случае нет необходимости использовать при обращении 27-битный адрес, что повышает пропускную способность системы.
Б). Типичная пикосеть. С одним контроллером связано несколько оконечных устройств.
B). Связанные пикосети. Каждая из них работает независимо, но поскольку контроллер одной из них является одновременно оконечным устройством другой, возможен обмен данными между портами обеих сетей.
Рис. 5.3. Конфигурации пикосетей Bluetooth:
К – контроллер; ОУ – оконечное устройство
После передачи одного пакета данных обмен переходит на другой канал. Частота переходов до 1600 Гц. Выбор каналов осуществляется по псевдослучайному алгоритму, единому для пикосети. В этом алгоритме одной из переменных является адрес контроллера, поэтому для каждой пикосети последовательность использования каналов разная.
Для внешних по отношению к пикосети устройств такой широкополосный сигнал подобен шуму, не сильно влияет на связь в других системах. Помехи от них также не сильно влияют на работу пикосети, так как в случае ошибки обмена данными повторная передача происходит по другому каналу.
Любой порт интерфейса Bluetooth, попавший в зону действия пикосети, пытается войти в нее. Контроллер пикосети не разрешает этого до подтверждения оператора. Оператор может признать новое устройство «своим», его уникальный адрес запоминается контроллером, и при следующем контакте вмешательство оператора уже не требуется.
Интерфейс Bluetooth поддерживает синхронный и асинхронный режимы обмена данными. Синхронный режим возможен только в случае радиального соединения контроллера с оконечным устройством. Контроль передачи при этом не ведется. Производительность интерфейса в синхронном режиме дает возможность организовать до 3 каналов передачи голосовой информации.
Асинхронный режим позволяет достичь высокой надежности обмена данными. Передача каждого пакета данных квитируется. В случае ошибки приема передача сбойного пакета повторяется.
Стандартный пакет Bluetooth содержит код доступа пикосети (72 бита), заголовок (18 бит, рис. 5.4) и поле информации (не более 2745 бит). Заголовок или информация могут отсутствовать.
Рис. 5.4. Заголовок пакета Bluetooth
Код доступа идентифицирует пакеты данной пикосети. Он включает уникальный адрес контроллера и контрольную сумму.
- AM_ADDR – адрес оконечного устройства (3 бита);
- TYPE – код типа данных (4 бита);
- FLOW – готовность оконечного устройства (1 бит);
- ARQN – подтверждение правильности приема (1 бит);
- SRQN – последовательность пакетов (1 бит);
- НЕС – контрольная сумма (8 бит).