Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Июня 2013 в 12:45, статья
Для начала позволю себе сказать несколько слов о тех преимуществах, которые мы получим в результате организации беспроводной сети. Соединив десктоп с сотовым телефоном, можно позволить себе многое — настроить автоматическую синхронизацию данных телефонной книги, календаря, списка назначенных заданий с соответствующей программой-органайзером на «большом» компьютере, выйти в интернет при помощи GPRS, использовать соединение для управления телефоном с ПК и наоборот.
Сеть на основе Bluetooth
В предыдущем номере, в статье «Долой провода», мы писали о настройке домашней беспроводной сети на основе Wi-Fi (сейчас она размещена в разделе «По журналу» на Mobi-диске).
Но эта технология — не единственное средство беспроводной связи. Многие пользователи отдали предпочтение Bluetooth — более дешевому, хотя и чуть менее продвинутому средству организации радиосетей.
«Голубой зуб» прежде всего призван осуществлять связь между такими устройствами, как персональный компьютер, мобильные телефоны, беспроводные гарнитуры, КПК и ноутбуки.
Расстояние, на котором
устройствам удается
На базе этой технологии
можно также создавать
Зачем нужна сеть
Для начала позволю себе сказать несколько слов о тех преимуществах, которые мы получим в результате организации беспроводной сети. Соединив десктоп с сотовым телефоном, можно позволить себе многое — настроить автоматическую синхронизацию данных телефонной книги, календаря, списка назначенных заданий с соответствующей программой-органайзером на «большом» компьютере, выйти в интернет при помощи GPRS, использовать соединение для управления телефоном с ПК и наоборот.Что же касается объединения по Bluetooth-каналу карманного компьютера и его настольного собрата, то здесь опять же открывается масса полезных возможностей: начиная от беспроводной синхронизации данных, находящихся на обоих устройствах, заканчивая серфингом по интернету и локальной сети через настроенное на ПК соединение. В последнем случае пользователь, конечно, ограничен зоной охвата Bluetooth-адаптера, но все равно приятно: устроившись на диване и отдыхая от большого экрана, можно продолжать общаться в ICQ, читать информацию с различных сайтов, в общем, полноценно пользоваться сетью.
Ключевыми особенностями, учитываемыми при разработке технологии Bluetooth, являются:
Одно из необходимых условий успеха такой технологии, как Bluetooth, - недорогая программно-аппаратная реализация.
В требованиях к показателям
назначения АС приводят значения параметров,
характеризующие степень
Таблица 2.7 – Характеристики готовой системы
Особенность/Функция |
Характеристика |
Тип связи |
Расширение спектра (скачкообразная перестройка Частоты FHSS) |
Диапазон частот |
ISM диапазон 2.4 ГГц |
Мощность передачи |
1-100 мВт |
Скорость передачи данных |
1 Мбит/сек |
Дальность |
До 10 метров (возможность расширения до 100 метров) |
Количество устройств в пикосети
пик сети |
До восьми устройств в пикосети, до 10 пикосетей |
Голосовые каналы |
ДоЗ |
Защита данных |
Для аутентификации используется 128-битный шифратор; для кодирования размер ключа может составлять от 8 до 128 бит |
Адресация |
Каждое устройство имеет 48-битный MAC адрес, который используется для установления соединения с другими устройствами |
Вид пакета |
SCO (в синхронных каналах связи) ACL (в асинхронных каналах связи) |
Модуляция |
GFSK |
Индекс модуляции |
0.32 + 1% |
Максимальная скорость передачи данных в ассиметричном режиме |
723.3 Кбит/с/57.6 Кбит/с |
Максимальная передача данных в синхронном режиме |
432.6 Кбит/с |
Протокол |
Комбинация коммутируемого/ |
Число прыжков по частоте |
1600 раз в секунду |
Режим ожидания вновь входящих (Standby By Mode Listen Rate) |
Каждые 1.28 секунды |
Критерий эффективности - критерий, позволяющий оценить степень достижения цели с учетом произведенных затрат различных ресурсов.
2.4 Расчет зоны действия сигнала
2.4.1 Расчет дальности работы беспроводного канала связи
Формула расчета дальности берется из инженерной формулы расчета потерь в свободном пространстве [15, 16]:
FSL = 33 + 20(lgF + lgD)(2.1)
где FSL (Free Space Loss) – потери в свободном пространстве, дБ; F – центральная частота канала, на котором работает система связи, МГц; D – расстояние между двумя точками, км.
FSL определяется суммарным
Y = Pt + Gt + GT + Pmin – Lt – LT(2.2)
где Pt – мощность передатчика, дБмВт; Gt – коэффициент усиления передающей антенны, дБи; GT – коэффициент усиления приемной антенны, дБи; Pmin – чувствительность приемника на данной скорости, дБмВт; Lt – потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах передающего тракта, дБ; LT – потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах приемного тракта, дБ.
Для каждой скорости приемник имеет определенную чувствительность. Для небольших скоростей (например, 1-2 Мбит) чувствительность наименьшая: от -90 дБмВт до -94 дБмВт. Для высоких скоростей чувствительность намного выше. В качестве примера в таблице Б.1 приведены несколько характеристик обычных точек доступа 802.11a,b,g.
В зависимости от марки радиомодулей максимальная чувствительность может немного варьироваться. Поэтому для разных скоростей максимальная дальность будет разной.
FSL вычисляется по формуле
FSL = Y – SOM(2.3)
где SOM (System Operating Margin) – запас в энергетике радиосвязи, дБ. Учитывает возможные факторы, отрицательно влияющие на дальность связи, такие как:
температурный дрейф чувствительности приемника и выходной мощности передатчика;
всевозможные атмосферные
рассогласование антенны, приемника, передатчика с антенно-фидерным трактом.
Параметр SOM обычно берется равным 10 дБ.
Центральная частота канала F берется из таблицы Б.2.
В итоге получим формулу дальности связи [10]:
Значение
потерь в свободном пространстве
зависит от двух параметров: во-первых,
частота радиосигнала, во-вторых, расстояние
беспроводной передачи. Отношения между
ними описываются следующей
Потери в свободном пространстве (дБ) = 20log10(d) + 20log10(f) + K
d = расстояние
f = частота
K= константа, которая зависит от единиц измерения расстояния и частоты
Если расстояние измеряется в километрах, частота в мегагерцах, тогда формула имеет следующий вид:
Потери в свободном пространстве (дБ) = 20log10(d)+ 20log10(f) + 32.44
Исходя из уравнения запаса на замирание сигнала, потери в свободном пространстве можно посчитать с помощью следующего уравнения:
Потери в свободном пространстве = мощность передачи – потери в кабеле при передаче + усиление антенны при передаче + усиление антенны при приеме – потери в кабеле при приеме – чувствительность приемника – запас на замирание сигнала
С помощью вышеуказанных двух уравнений потерь в свободном пространстве мы можем узнать расстояние в километрах.
Расстояние (км) = 10(потери в свободном пространстве – 32.44 – 20log10(f))/20
Зона Френеля - это пространство вокруг визуальной линии зрения, где распространяются волны после того, как они покидают антенну. Необходимо чистое поле зрения для поддержания силы сигнала, особенно для беспроводных систем, работающих на частоте 2,4 ГГц, потому что волны с частотой 2,4 ГГц поглощаются водой, как, например, соком деревьев. По эмпирическому правилу 60% зоны Френеля должно быть свободно от препятствий. Обычно, 20% заграждения зоны Френеля вызывает небольшую потерю сигнала для соединения. Свыше 40% заграждения – потери сигнала становятся значительными.
Потери
в свободном пространствеr=17.
d = расстояние [км]
f = частота [ГГц]
r = радиус [м]
Увеличение скорости обмена информацией способствовало развитию беспроводных систем связи на "домашнем" уровне. Персональные компьютеры и ноутбуки, сотовые телефоны, CD- и МР3-плееры, цифровые фото- и видеокамеры и масса других цифровых устройств (рис. 1), часто подсоединяемых друг к другу и к стационарным компьютерам, создали проблему их связи.
Рисунок 1. Система ближней локальной связи с использованием беспроводной технологии Bluetooth
Кабель стал неудобен - подключаться надо часто, размеры самого кабеля с разъ╦мами едва не больше собственно подключаемого устройства и так далее. На этом фоне резко возросла актуальность беспроводных локальных технологий WLAN (Wireless Local Area Networking), обеспечивающих бесконтактное подключение устройства к диску ведущего компьютера.
В результате была предложена и стала быстро развиваться система беспроводной связи Bluetooth (рис. 1). В спектре радиочастот ей отведено 79 каналов в полосе 37 МГц (примерно 2 МГц каждый) в диапазоне 2,4465-2,4835 ГГц.
Суть стандарта Bluetooth в оснащении электронных устройств при╦мопередатчиками, работающими на частоте 2,45 ГГц, имеющими радиус действия до 10 м и скорость передачи информации до 1 Мбит/с. Возможности применения данных устройств поистине безграничны. Беспроводные наушники, мышки, клавиатуры, соединение мобильных телефонов и ноутбуков, обмен информацией между карманными компьютерами - всего не перечислить.
Система Bluetooth работает в разреш╦нной полосе 2,45 ГГц (полоса промышленного, научного и медицинского применения ISM - Industry, Science, Medicine), что позволяет свободно использовать устройства Bluetooth во вс╦м мире. Технология использует скачкообразную перестройку частоты (1600 скачков/с) с расширением спектра. При работе передатчик перескакивает с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму. Для разделения при╦много и передающего каналов используется временное разделение (рис. 2). Поддерживается синхронная и асинхронная передача данных и обеспечивается интеграция с TCP/IP. Временные интервалы синхронизированы для передачи пакетов, каждый из которых переда╦тся на своей частоте радиосигнала.
Рисунок 2. Поочередной обмен данных между прибором A и прибором B
Потребление мощности устройств Bluetooth должно быть в пределах 0,1 Вт. Каждое устройство имеет уникальный 48-бит сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802.
Основным принципом построения систем Bluetooth [4] является использование метода расширения спектра при скачкообразном изменении частоты (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum). Весь выделенный для Bluetooth-радиосвязи частотный диапазон 2,402┘2,480 ГГц разбит на N частотных каналов. Полоса каждого канала 1 МГц, разнос каналов - 140┘175 кГц. Для кодирования пакетной информации используется частотная манипуляция.
Для США и Европы N = 79. Исключение составляют Испания и Франция, где для Bluetooth применяется 23 частотных канала. Смена каналов производится по псевдослучайному закону с частотой 1600 Гц. Постоянное чередование частот позволяет радиоинтерфейсу Bluetooth транслировать информацию по всему диапазону ISM и избежать воздействия помех со стороны устройств, работающих в этом же диапазоне. Если данный канал зашумл╦н, то система перейд╦т на другой, и так будет происходить до тех пор, пока не обнаружится канал, свободный от помех.
Быстрому старту системы Bluetooth немало способствовала простота структуры. В е╦ состав входят радиомодуль-трансивер, контроллер связи (он же процессор) и управляющее устройство, собственно реализующее протоколы Bluetooth верхних уровней, а также интерфейс с терминальным устройством. Прич╦м если трансивер и контроллер связи - это специализированные микросхемы (интегральные или гибридные), то устройства управления связью реализованы на стандартных микроконтроллерах, сигнальных процессорах, либо его функции поддерживают центральные процессоры мощных терминальных устройств (например, ноутбуков).
Кроме того, в устройствах Bluetooth применяют интегральные схемы, используемые в других приложениях, поскольку СВЧ-диапазон 2 ГГц освоен достаточно хорошо, а заложенные в Bluetooth технические решения сами по себе особой новизны не содержат. В самом деле, схема модуляции - широко распространена, технология расширения спектра методом частотных скачков хорошо отработана, мощность мала.
Ключ к успеху Bluetooth-технологии - радиопри╦мопередатчик. Низкая цена и малая мощность были первичными соображениями как при реализации технических требований интерфейса (короткая воздушная радиолиния), так и при проектировании при╦мопередатчика. Технология Bluetooth позволяет создать однокристальный при╦мопередатчик, объединяя ВЧ-схему и схему обработки цифровых потоков на одном кремниевом кристалле.
При╦мопередатчик Bluetooth может быть разделен на три функциональных блока (рис. 3). Радиоблок содержит преобразователи вверх и вниз по ВЧ, ПЧ с полосой модулирующих частот, фильтр канала, модулятор/демодулятор и синтезатор частот.