Перспективные средства передачи информации

49

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНСТИТУТ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Факультет информационных технологий

Кафедра сети связи и системы коммутации

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине ОПТКС

Тема: "Перспективные системы передачи информации"

ВОРОНЕЖ 2006

Содержание

Введение

1. Что такое ТСР?

2. Принцип построения транкинговых сетей

3.Услуги сетей тракинговой связи

4 Технология Bluetooth - как способ беспроводной передачи информации

4.1 Концепция и основные положения технологии Bluetooth

4.2 Технические аспекты установки соединения между Bluetooth устройствами

4.3 Набор базовых протоколов, используемых в Bluetooth

для передачи различных типов данных

5. Некоторые аспекты практического применения технология

Bluetooth

6. Анализ беспроводных технологий и перспективы развития

технологии Bluetooth

7 Перспективы развития технологии Bluetooth

8 Последняя миля

8.1 Технология EPON

8.2 Технология WLL

8.3 Технология xDSL

Заключение

Литература

Введение

В данной курсовой работе будут рассмотрены несколько перспективных способов передачи (тракинговая связь и Bluetooth), а также будет рассмотрена технология позволяющая, доставлять, информацию до абонента, так называемая технология «последней мили», способы ее реализации. Поскольку этот вопрос становится все более актуальным, в последнее время, из-за возросшего числа абонентов, которым нужно не только получать надежную и качественную связь, при этом, находясь на значительном расстоянии от источника информации, быть уверенными, что передаваемая информация дойдет до абонента, что эта информация будет своевременно и без каких - либо потерь доставлена. Возможность обмениваться мультимедийной информацией, так же относится к одной из основных задач в технологии «последняя миля».

1. Что такое ТСР?

Транкинговая система радиосвязи (TCP) -- это система, в которой используется принцип равной доступности каналов для всех абонентов или групп абонентов. Этот принцип давно и повсеместно используется в телефонных сетях, откуда в радиосвязь и пришло слово "trunk" (пучок, т.е. пучок равнодоступных каналов).

Основной, определяющей название, функцией оборудования TCP является автоматическое предоставление свободного радиоканала по требованию абонента радиостанции и переключение на этот канал вызываемого абонента или группы абонентов. Кстати, с этой точки зрения беспроводные телефоны (такие, как PANASONIC KX-T9080), работающие на общем наборе радиоканалов, также в совокупности образуют TCP.

Однако современные системы профессиональной радиосвязи имеют ряд возможностей. Прежде всего, это увеличение радиуса действия системы, поскольку, даже в простейшей TCP, связь радиостанций между собой осуществляется через ретрансляторы базовой станции (БС). Кроме того, многозоновые TCP имеют в своем составе несколько (от единиц до сотен) БС, каждая из которых обслуживает свою зону. При этом система установит соединение между радиостанциями независимо от их местоположения и, как правило, совершенно прозрачно для пользователей вызываемой и вызывающей радиостанций.

Кроме вызова группы радиостанций (имеется во всех TCP), почти все системы обеспечивают индивидуальный вызов конкретной радиостанции. При этом многие современные TCP обеспечивают разделение всего парка радиостанций на отдельные отряды. Отряд -- это совокупность радиостанций, принадлежащих определенной организации, внутри которого осуществим индивидуальный и групповой вызов. Предполагается, что вызовы между отрядами в большинстве случаев запрещены (хотя могут быть и разрешены конкретным радиостанциям). Таким образом, каждая из организаций, пользующихся TCP, может иметь как бы свою изолированную систему связи.

Как правило, TCP обеспечивают связь радиостанции с абонентами городской и нескольких учрежденческих телефонных сетей, причем их подключение к таким сетям может осуществляться как простейшим способом по абонентским линиям (аналогично офисным АТС), так и по соединительным линиям. В последнем случае, с точки зрения нумерации абонентов, TCP становится частью телефонной сети города или учреждения.

Доступ к каждому виду услуг, предоставляемых системой, обычно программируется индивидуально для каждого абонента. Кроме того, программируется предельное время разговора и приоритет абонента. TCP имеют также защиту от несанкционированного доступа в систему.

И при работе радиостанции в TCP могут возникнуть ситуации, в которых необходимо обойтись без ее услуг (связь с обычной радиостанцией, отказ БС, выход за зону действия всех БС системы). На этот случай все радиостанции, рассчитанные на работу в TCP, имеют возможность переключения в режим обычной радиостанции.

Оборудование любой TCP рассчитано на коммерческую эксплуатацию, поэтому обязательно обеспечивает учет времени использования системы каждым абонентом (тарификацию).

По принципу действия можно выделить три типа TCP

1. Сканирующие TCP

Часто подобные системы несправедливо именуют псевдотранкинговыми. В таких системах радиостанция при вызове сама ищет незанятый канал и занимает его. В дежурном режиме радиостанция непрерывно перебирает (сканирует) все каналы системы, проверяя, не вызывают ли ее на одном из них. К таким TCP относятся некогда распространенная в СССР система "Алтай", а также система SmarTrunk II.

Сканирующие TCP просты и дешевы. В этих системах возможна полная независимость каналов БС друг от друга, поскольку их объединение в общую TCP происходит на уровне абонентской радиостанции. Это обуславливает высокую надежность и живучесть сканирую-щих TCP.

Однако таким TCP присущ ряд принципиальных недостатков. С ростом количества каналов быстро возрастает длительность установления соединения в такой системе, так как она не может быть меньше длительности полного цикла сканирования. Реально к этому добавляется еще и длительность поиска свободного канала вызывающей радиостанции. Кроме того, в сканирующих TCP затруднительна реализация многих современных требований, в числе которых многозоновость, гибкая и надежная система приоритетов, постановка на очередь при занятости системы или вызываемого абонента и т.д.

Таким образом, сканирующая TCP идеально подходит в качестве небольшой (1-8 каналов, до 200 абонентов) однозоновой системы связи, к которой предъявляются минимальные требова-ния. Это и обусловило в последние годы широкое распространение систем SmarTrunk II по России и странам СНГ.

2. TCP с распределенным управляющим каналом

Такими являются распространенная в США система LTR, разработанная еще в конце семидесятых годов фирмой E.F. Johnson, и ее современная модификация ESAS, предлагаемая фирмой UNIDEN. В этих TCP управляющая информация передается непрерывно по всем каналам, в том числе и по занятым. Это достигается использованием для ее передачи частот ниже 300 Гц. Каждый канал является управляющим для радиостанций, закрепленных за ним. В дежурном режиме радиостанция прослушивает свой управля-ющий канал. В этом канале БС непрерывно передает номер свободного канала, который радиостанция может использовать для передачи. Если же на каком-либо канале начинается передача, адресованная одной из радиостанций, то информация об этом передается на ее управляющем канале, в результате чего эта радиостанция переключается на канал, где происходит вызов.

Такие TCP обладают рядом достоинств, присущих TCP с управляющим каналом, не требуя в то же время выделения частот для него. В системе LTR установление соединения происходит настолько быстро, что оно осуществляется каждый раз при включении передатчика станции, т.е. в паузах разговора канал не занят.

Однако при выходе из строя какого-либо канала в системе LTR происходит отказ всех радиостанций, для которых он является управляющим. Кроме того, в таких TCP скорость передачи управляющей информации крайне ограничена.

Это затрудняет реализацию многих требований, предъявляемых к современным TCP, в том числе и многозоновости. Передача информации на частотах ниже 300 Гц одновременно с речью делает такие системы весьма критичными к точности регулировки. Все это привело к тому, что TCP с распределенным управляющим каналом в настоящее время не разрабатываются. Исключение составляет лишь ESAS, в котором используется данный принцип ради совместимости с LTR.

3. TCP с выделенным управляющим каналом

Для аналоговых систем речь идет о частотном канале, для цифровых -- с временным разделением каналов -- о временном слоте. В таких TCP радиостанция непрерывно прослушивает управляющий канал ближайшей к ней БС. При поступлении вызова БС передает информацию об этом по управляющему каналу, вызываемая радиостанция подтверждает прием вызова, после чего БС выделяет один из разговорных каналов для соединения и информирует об этом по управляющему каналу все участвующие в соединении радиостанции. После этого они переключаются на указанный канал и остаются на нем до окончания соединения. В то время, когда управляющий канал свободен, радиостанции могут передавать туда свои запросы на установление соединения. Некоторые типы вызовов (например, передача коротких пакетов данных между радиостанциями) могут осуществляться вообще без занятия разговорного канала.

TCP с выделенным управляющим каналом в наибольшей степени отвечает современным требованиям. В них легко реализуются многозоновость (радиостанция выбирает БС с лучше всего принимаемым управляющим каналом) и другие функции.

Среди них -- постановка вызовов на очередь при занятости системы или вызываемого абонента. Это, в свою очередь, переводит такие TCP из класса систем с отказом при занятости в класс систем с ожиданием. Тем самым не только повышается комфортность работы пользователя, но и, главное, увеличивается пропускная способность системы. В системах с отказом при занятости для обеспечения приемлемого качества сервиса в любой момент времени должен простаивать хотя бы один канал, чтобы абонент мог произвести вызов. В системе с ожиданием загружены могут быть все каналы. При этом, правда, вызывающему абоненту придется немного подождать в очереди.

Однако выделение отдельного управляющего канала имеет свои недостатки. Во-первых, это худшее использование частотного ресурса. В большинстве систем этот недостаток смягчается возможностью перевода управляющего канала в разговорный режим при перегрузке системы. Во-вторых, выделенный управляющий канал является уязвимым местом TCP -- при отсутствии специальных мер отказ оборудования БС для этого канала означает отказ всей БС. К тому же результату приводит и появление помехи на частоте приемника управляющего канала БС. По этой причине при разработке TCP с выделенным управляющим каналом автоматическому контролю за работой оборудования БС уделяется особое внимание. При обнаружении отказа или длительной помехи на частоте приема БС делает управляющим другой, исправный канал.

Выделенный управляющий канал предусматривается большинством современных стандартов на TCP -- как закрытых, так и открытых (МРТ1327), а также перспективным стандартом TETRA.

Для сравнения в таблице 1 приведены характеристики некоторых TCP.

табл.1

Стандарт TCP
Характеристика	SmarTRUNK II	LTP	МРТ1327	TETRA
Способ передачи речи	Аналоговый	Аналоговый	Аналоговый	Цифровой
Структура системы	Однозоновая	Однозоновая	Многозоновая	Многозоновая
Принцип действия	Сканирующий	Распределенный управляющий канал	Выделенный управляющий канал	Выделенный управляющий канал
Скорость обмена управляющей информацией, бит/с	560	300	1200	7200
Время установления соединения, с	0,8 + 0,2 N, где N -- число каналов	0,3	0,4	0,3
Количество каналов	16	300	1024	Нет данных
Количество абонентов или групп	10000	7500	1 000 000	Нет данных
Ширина полосы в эфире, кГц/канал	12,5; 25	12,5; 25	12,5; 25	25 кГц на 4 канала
Постановка на очередь	Нет	Нет	Да	Да
Индивидуальный вызов	Да	Нет	Да	Да
Передача коротких данных	Нет	Нет	Да	Да
Передача данных по разговорным каналам	С дополнитель-ным оборудова-нием	С дополнитель-ным оборудова-нием	1200 бит/с или с дополнительным оборудованием	7,2--28,8 кбит/с при занятии 1--4 каналов

Необходимо пояснить, что в таблице 1 приведены характеристики, заложенные в стандарты. Оборудование для простых TCP часто позволяет расширить эти возможности (несколько банков каналов в SmarTrunkII, многозоновая работа в LTR и т.п.).

Как видно из таблицы, наиболее впечатляющими возможностями обладает стандарт TETRA. Это и неудивительно -- он разработан с учетом опыта эксплуатации существующих TCP. К сожалению, для системы TETRA в настоящее время существуют лишь экспериментальные образцы оборудования, и об их коммерческой эксплуатации и, тем более о коммерческой эффективности говорить еще рано -- цены на такое оборудование еще долго останутся высокими.

В настоящее время наиболее эффективными в условиях России являются системы SmarTrunkII и МРТ1327.

2. Принципы построения транкинговых сетей

На рис.1 представлена обобщенная структурная схема однозоновой ТСР. В состав БС, кроме радиочастотного оборудования (ретрансляторы, устройство объединения радио-сигналов, антенны) входят также коммутатор, устройство управления (УУ) и интерфейсы к различным внешним сетям.

Ретранслятор (РТ) - набор приемопередающего оборудования, обслуживающего одну пару несущих частот. До последнего времени в подавляющем большинстве ТСР одна пара несущих означала один канал трафика (КТ). В настоящее время, с появлением систем стан-дарта ТЕTRА и системы EDACS ProtoCALL, предусматривающих временное уплотнение, один РТ может обеспечить два или четыре КТ.

Антенны БС, как правило, имеют круговую диаграмму направленности. При располо-жении БС на краю зоны применяются направленные антенны. БС может располагать как единой приемопередающей антенной, так и раздельными антеннами для приема и передачи. В некоторых случаях на одной мачте может размещается несколько приемных антенн для борьбы с замираниями, вызванными многолучевым распространением.

Рис.1. Структурная схема однозоновой транкинговой системы

Устройство объединения радиосигналов позволяет использовать одно и то же антен-ное оборудование для одновременной работы приемников и передатчиков на нескольких частотных каналах. РТ работают только в дуплексном режиме, разнос частот приема и пере-дачи составляет от 45 МГц до 3 МГц,

Коммутатор в однозоновой ТСР обслуживает весь ее трафик, включая соединение МА с ТфОП и все вызовы, связанные с ПД.

Устройство управления обеспечивает взаимодействие всех узлов БС. Оно также обра-батывает вызовы, осуществляет аутентификацию вызывающих абонентов, ведение очередей вызовов, внесение записей в БД повременной оплаты. В некоторых системах УУ регулирует максимально допустимую продолжительность соединения с ТС. Как правило, используются два варианта регулировки: уменьшение продолжительности соединения в заранее заданные часы наибольшей нагрузки, или адаптивное изменение в зависимости от текущей нагрузки.

Интерфейс к ТфОП реализуется в ТСР различными способами. В недорогих системах (например, SmarTrunk) подключение производится по двухпроводной коммутируемой линии. Более современные ТСР имеют в составе интерфейса к ТфОП аппаратуру прямого набора номера DID (Direct Inward Dialing), обеспечивающую доступ к абонентам транкинговой сети с использованием стандартной нумерации АТС. Ряд систем использует цифровое ИКМ - соединение с аппаратурой АТС.

Одной из основных проблем при регистрации и использовании транкинговых систем в России является проблема их сопряжения с ТфОП. При исходящих вызовах транкинговых абонентов в телефонную сеть сложность заключается в том, что некоторые транкинговые системы не могут набирать номер в декадном режиме по абонентским линиям в электроме-ханических АТС. Таким образом, необходимо использовать дополнительное устройство пре-образования тонального набора в декадный.

Входящая связь от абонентов ТфОП к радиоабонентам оказывается также проблема-тичной по ряду причин. Большинство транкинговых сетей сопрягаются с телефонной сетью по двухпроводным абонентским линиям. В этом случае после набора номера ТфОП требуется донабор номера радиоабонента. Однако после полного набора номе-ра абонентской липни и замыкания шлейфа управляющим устройством транкинговой систе-мы телефонное соединение считается установленным, и дальнейший набор номера в им-пульсном режиме затруднен, а в некоторых случаях невозможен. Применяемый в системе SmarTrunk II детектор «щелчков» не гарантирует правильности импульсного донабора, так как качество приходящих из абонентской линии «импульсов-щелчков» зависит от ее элек-трических характеристик, длины и т.д.

Для выхода из сложившейся ситуации в лаборатории фирмы ИВП вместе со специали-стами компании ELTA-R был разработан телефонный интерфейс (ТИ) ELTA 200 для сопря-жения транкинговых систем связи разных типов с ТфОП. Такой интерфейс позволяет сопря-гать транкинговые системы связи и ТфОП по цифровым каналам (2,048 Мбит с), трехпроводным соединительным линиям с декадным набором номера, а также по четырехпроводным каналам ТЧ с системами сигнализации различных типов при сопряжении с ведомственными телефонными сетями.

Соединение с ТфОП является традиционным для ТСР, но в последнее время все более возрастает число приложений, предполагающих ПД, в связи с чем наличие интерфейса к СКП также становится обязательным.

Терминал ТОЭ располагается, как правило, на БС. Терминал предназначен для кон-троля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, тарификации, внесе-ния изменений в БД абонентов. Большинство ТСС имеют возможность удаленного подклю-чения терминала ТОЭ через ТфОП или СКП.

Необязательными, но характерными элементами ТСР являются диспетчерские пульты (ДП). ТСР используются в первую очередь потребителями, работа которых требует наличия диспетчера - службы охраны, скорая медицинская помощь, пожарная охрана, транспортные компании, муниципальные службы. ДП могут включаться в систему по абонентским радио-каналам, или подключаться по выделенным линиям непосредственно к коммутатору БС. В рамках одной ТСР может быть организовано несколько независимых сетей связи. Пользова-тели каждой из таких сетей не будут замечать работу соседей и не смогут вмешиваться в ра-боту других сетей. Поэтому в одной ТСР могут работать несколько ДП, различным образом подключенных к ней.

Абонентское оборудование ТСР включает в себя широкий набор устройств. Как прави-ло, наиболее многочисленными являются полудуплексные PC, так как они в наибольшей степени подходят для работы в замкнутых группах. В основном это функционально ограниченные устройства, не имеющие цифровой клавиатуры. Их пользователи имеют возможность связы-ваться лишь с абонентами внутри своей рабочей группы, а также посылать экстренные вызовы диспетчеру. Как правило, этого вполне достаточно для большинства потребителей услуг связи ТСР. Существуют и полудуплексные PC с широким набором функций и цифровой клавиату-рой, но они, будучи существенно дороже, предназначены для более узкого круга абонентов.

В ТСР постепенно находит применение новый класс абонентских устройств - дуп-лексные PC, напоминающие сотовые телефоны, но обладающие значительно большей функ-циональностью по сравнению с последними. Дуплексные радиостанции ТСР обеспечивают пользователям не только соединение с ТфОП, но и возможность групповой работы в полуду-плексном режиме.

Относительно новым классом устройств для ТСР являются терминалы ПД. В аналого-вых ТСР терминалы ПД - это специализированные радиомодемы, поддерживающие соответ-ствующий протокол радиоинтерфейса. Для цифровых систем более характерно встраивание интерфейса ПД в АР различных классов. В состав автомобильного терминала ПД часто вклю-чают спутниковый навигационный приемник системы Global Position System (GPS), предназна-ченный для определения текущих координат и последующей передачи их диспетчеру на пульт.

Архитектура многозоновых ТСР может строиться по двум принципам. Если опреде-ляющим фактором является стоимость оборудования, используется распределенная межзо-нальная коммутация.

Каждая БС в такой системе имеет свое собственное подключение к ТфОП. При необ-ходимости вызова из одной зоны в другую он производится через интерфейс ТфОП, включая процедуру набора телефонного номера. Кроме того, БС могут быть непосредственно соеди-нены с помощью физических выделенных линий связи.

Использование распределенной межзональной коммутации целесообразно лишь для систем с небольшим количеством зон и с невысокими требованиями к оперативности межзо-нальных вызовов (особенно в случае соединения через коммутируемые каналы ТфОП). В системах с высоким качеством обслуживания используется архитектура с ЦК.

Основной элемент этой системы - межзональный коммутатор. Он обрабатывает все ви-ды межзональных вызовов, т.е. весь межзональный трафик проходит через один коммутатор, соединенный с БС по выделенным линиям. Это обеспечивает быструю обработку вызовов, возможность подключения централизованных ДП. Информация о местонахождении абонен-тов системы с ЦК хранится в единственном месте, поэтому ее легче защитить. Кроме того, межзональный коммутатор осуществляет также функции централизованного интерфейса к ТфОП и СКП, что позволяет при необходимости полностью контролировать как речевой трафик ТС, так и трафик всех приложений ПД, связанный с внешними СКП, например Ин-тернет. Таким образом, система с ЦК обладает более высокой управляемостью.

3. Услуги сетей транкинговой связи

Транкинговые сети связи характеризуются широким спектром услуг, обеспечивающих работу различного оборудования, а также поддержку сетей связи внутри этих систем. Наибо-лее важной и наиболее часто используемой услугой ТСР является услуга внутренних вызовов.

Внутренние вызовы

ТСР предоставляют абонентам возможность производить внутри системы индивиду-альный (персональный) и групповой (диспетчерский) вызовы (ГВ). В первом случае вызов направляется только одному абоненту, во втором - нескольким абонентам одновременно.

Основным типом вызова в ТСР является ГВ в рамках одной группы (рис.2). ГВ мо-жет быть произведен только в полудуплексном режиме - пока вызывающий абонент говорит и его радиостанция находится в режиме передачи, все остальные члены группы принимают речь вызывающего абонента. Данный тип вызова обеспечивают все известные ТСР.

Рис.2 групповой вызов

В большинстве ТСР предусмотрена возможность одновременного вызова абонентов нескольких групп. К числу таких вызовов относятся общий вызов, экстренный вызов (от диспетчера). В некоторых системах используется иерархическое вложение групп и преду-сматриваются соответствующие типы вызовов: многоуровневый, многогрупповой и т.д. Как правило, право производить такие вызовы предоставляется только диспетчеру. Некоторые системы обеспечивают возможность соединения с произвольно выбранной группой, причем не только для абонента ТСР, но и для абонента ТфОП .

ТфОП лучше всего использовать дуплексную PC, поскольку сама ТфОП работает в дуплекс-ном режиме. Практически все известные ТСР предоставляют возможность доступа к ТфОП с помощью полудуплексных PC.

Абонент ТфОП может вызывать не только отдельного абонента ТСР, но и группу або-нентов. Процедура вызова для абонентов ТфОП может быть двухступенчатой (если интер-фейс ТфОП подключен к ТС с помощью двухпроводной коммутируемой линии) или одно-ступенчатой (при подключении интерфейса ТфОП по методу Direct ID). При двухступенча-той процедуре абонент ТфОП должен сначала набрать номер телефона, к которому подклю-чен интерфейс ТфОП, а затем - номер абонента внутри ТСС.

Роуминг

В многозоновых ТСР осуществляется отслеживание текущего местоположения або-нентов. При перемещении абонента из одной зоны в другую обеспечивается регистрация и назначение новых каналов доступа. В системах с распределенной коммутацией каждая БС самостоятельно осуществляет коммутацию поступающих вызовов. В системах с ЦК роуминг более надежен, а скорость обработки межзональных вызовов выше.

Для большинства ТСС характерно прерывание связи при перемещении абонента из одной зоны обслуживания в другую, связанное с отсутствием механизма эстафетной переда-чи (ЭП). Для продолжения разговора абонент вынужден повторять вызов. При полудуплекс-ном режиме работы, когда каждая новая реплика передается с помощью отдельного вызова, межзональный переход практически незаметен. Так как требования пользователей ТСС рас-тут, в новейших цифровых системах ТЕТКА и EDACS ProtoCALL обеспечивается эстафет-ная передача.

Особенностью роуминга в ТСР является обслуживание многозональных ГВ. Отслежи-вая перемещения абонентов, система при поступлении ГВ обеспечивает его доведение до всех членов группы, в какой бы зоне они не находились.

Передача данных

В ТСР передача данных является дополнительной службой, поэтому до последнего времени не получила развитых средств поддержки. Скорость ПД во всех аналоговых систе-мах лежит в пределах 0,6-4,8 кбит/с. Как правило, аналоговые ТСР лишь предоставляют ка-налы для ПД, не обеспечивая сетевую маршрутизацию. Цифровые ТСР предоставляют сер-вис не только канального, но и сетевого уровня, а в ряде случаев - и транспортного. Возмож-на поддержка наложенных сетей (например IP-сетей). Пользовательская скорость ПД для цифровых систем может варьироваться в широких пределах. Например, стандарт TETRA предусматривает скорость до 28,8 кбит/с.

Оборудование БС или ЦК цифровых ТСР осуществляет также функции шлюза. В функции шлюза входит конвертирование протоколов, включая взаимное преобразование адресов внутренней и внешней сетей, а также поддержание нало-женной сети.

Режим непосредственной связи

В некоторых ТСР предусмотрена возможность непосредственной связи абонентов без участия ретранслятора. Этот режим используется в том случае, если один или несколько або-нентов вышли из зоны действия всех ретрансляторов системы (рис.3)

Рис.3 Режим непосредственной связи

Тарификация

Оборудование ТСС позволяет вести учет и тарификацию (биллинг) соединений с по-лучением подробной информации по каждому соединению, включая следующие параметры: идентификаторы вызывающего и вызываемого абонентов, время и дата начала установления соединения, длительность соединения, тип вызова (индивидуальный, групповой и др.), кате-гория приоритета (обычный или высокий и др.). В ТСР могут задаваться несколько тариф-ных периодов для разных дней недели и времени суток. Данные биллинга могут использоваться для документирования связи и предоставле-ния счетов абонентам.

Удаленное управление абонентскими радиостанциями

Ряд транкинговых систем предоставляет оператору возможность оперативного изме-нения параметров доступа абонентских радиостанций. Например, в системе EDACS можно дистанционно перепрограммировать сетевой идентификатор (ID), частоты каналов, а также переконфигурировать группы абонентов. Удаленное управление используется также в целях борьбы с попытками несанкционированного доступа.

4. Технология Bluetooth - как способ беспроводной передачи информации

Буквальный перевод Bluetooth с английского - "синие зубы". Однако своим названием технология Bluetooth обязана вовсе не дантистам, а историческому недоразумению. Так английские летописцы "обозвали" датского короля викингов, жившего в 910-940 годах. Король Гарольд Блютус (Harald Bluetooth) вошел в историю как собиратель земель скандинавских. В частности, ему приписывается объединение Дании и Норвегии (а технология Bluetooth должна объединить телекоммуникационную и компьютерную индустрию). Вероятно, по аналогии с этим технология Bluetooth также призвана объединить мир мобильной электроники.

Есть две версии происхождения "синезубого" королевского прозвища. Первая - у него действительно были зубы патологического цвета. Но правдоподобнее всего выглядит другая версия: Bluetooth - исковерканное на английский манер прозвище короля на языке викингов: у короля "волею природы" была смуглая кожа и темные волосы, что нетипично для расы викингов (белокожих и светловолосых). За этот "генетический кульбит" Гарольда прозвали Чернявеньким (или что-то типа того, в скандинавском оригинале - Bletand). Вероятно, английские летописцы язык ломать не стали и придумали королю "кличку" попроще.

4.1 Концепция и основные положения технологии Bluetooth

Bluetooth - это современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно.

Bluetooth - это маленький чип, представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 ГГц) приёмопередатчик, работающий в диапазоне ISM (Industry, Science and Medicine; промышленный, научный и медицинский). Для использования этих частот не требуется лицензия, исключения рассмотрим ниже. Скорость передачи данных, предусматриваемая стандартом, составляет порядка 720 Кбит/с в асимметричном режиме и 420 Кбит/с в полнодуплексном режиме. Обеспечивается передача трех голосовых каналов, но не видеосигнала. Энергопотребление (мощность передатчика) не должно превышать 10 мВт. Изначально технология предполагала возможность связи на расстоянии не более 10 метров. Сегодня некоторые фирмы предлагают микросхемы Bluetooth, способные поддерживать связь на расстоянии до 100 метров. Как радиотехнология, Bluetooth способна "обходить" препятствия, поэтому соединяемые устройства могут находиться вне зоны прямой видимости. Соединение происходит автоматически, как только Bluetooth-устройства оказываются в пределах досягаемости, причем не только по принципу точка - точка (два устройства), но и по принципу точка - много точек (одно устройство работает с несколькими другими). Естественно, для реализации технологии Bluetooth на практике необходимо определенное программное обеспечение (ПО). Кстати, в новую версию операционной системы MS Windows Whistler встроена поддержка Bluetooth.

Технология Bluetooth предусматривает три уровня защиты:

1. Минимальная - данные кодируются общим ключом и могут приниматься любым устройством без ограничения.

2. Защита на уровне устройства - в чипе прописывается уровень доступа, в соответствии с которым устройство может получать определенные данные от других устройств.
3. Защита на уровне сеанса связи - данные кодируются 128-битными случайными номерами, хранящимися в каждой паре чипов, участвующих в конкретном сеансе связи.

Чип Bluetooth реализован с учетом всех современных тенденций. Размер чипа - менее одного квадратного сантиметра. Применяемая частота позволяет ограничить потребляемую мощность 1мВт. Подобные характеристики позволяют интегрировать чипы Bluetooth в таких устройствах, как мобильные телефоны и карманные компьютеры.

4.2 Технические аспекты установки соединения между Bluetooth устройствами

Оказавшись рядом, Bluetooth устройства могут устанавливать не только соединения типа точка-точка, когда имеется только два устройства, но и точка - много точек, когда одно устройство одновременно работает с несколькими другими. При соединении одного устройства с несколькими другими, устройство которое обслуживает несколько соединений, называется master, а подключенные устройства - slave. К одному master'у может быть подключено до семи активных slave. Кроме активных slave (то есть, устройств, которые активно обмениваются данными), может существовать множество неактивных slave, которые не могут обмениваться данными с master, пока заняты все каналы, но, тем не менее, остаются, синхронизированы с ним. Такая структура называется piconet.

В одной piconet может быть только один master, однако каждый slave может одновременно являться master'ом для других устройств, и образовывать свой piconet. Несколько piconet объединенных таким образом образуют scatternet. В рамках scatternet разные устройства могут не только быть одновременно master и slave одновременно для различных piconet, но и просто slave для разных piconet. Более наглядно с этой структурой можно ознакомиться на представленном ниже рисунке 4

Рис.4

Более того, в случае необходимости любой slave в piconet может стать master. Естественно, старый master при этом становится slave. Таким образом, в scatternet могут объединяться столько Bluetooth устройств, сколько необходимо, логические связи могут образовываться так, как это требуется, и могут изменяться как угодно, в случае необходимости. Единственное условие, различные piconet входящие в один scatternet должны иметь разные каналы связи, то есть работать на различных частотах и иметь различные hopping channel. Hopping - это регулярная смена частот, определяемая параметрами hopping sequence. Всего спецификация предусматривает 10 вариантов hopping sequence, 5 с циклом в 79 смен и 5 с циклом в 23 смены. С любым hopping sequence частоты сменяются 1600 hops/sec. Используется hopping для того, что бы бороться с затуханием радиосигнала и интерференцией.

Автоматическая установка соединения между Bluetooth устройствами, находящимися в пределах досягаемости является одной из важнейших особенностей Blueooth, поэтому первое, с чего начинается работа Bluetooth устройства в незнакомом окружении - это device discovery, или, по-русски, поиск других Bluetooth устройств. Для этого посылается запрос, и ответ на него зависит не только от наличия в радиусе связи активных Bluetooth устройств, но и от режима в котором находятся эти устройства. На этом этапе возможно три основных режима.

Discoverable mode. Находящиеся в этом режиме устройства всегда отвечают на все полученные ими запросы.

Limited discoverable mode. В этом режиме находятся устройства которые могут отвечать на запросы только ограниченное время, или должны отвечать только при соблюдении определённых условий.

Non-discoverable mode. Находящиеся в этом режиме устройства, как видно из названия режима, не отвечают на новые запросы.

Но это ещё не всё. Даже если удаётся обнаружить устройство, оно может быть в connectable mode или в non-connectable mode. В non-connectable mode устройство не позволяет настроить некоторые важные параметры соединения, и, таким образом, оно хоть и может быть обнаружено, обмениваться данными с ним не удастся. Если устройство находится в connectable mode, то на этом этапе Bluetooth устройства договариваются между собой об используемом диапазоне частот, размере страниц, количестве и порядке hop'ов, и других физических параметрах соединения.

Если процесс обнаружения устройств прошёл нормально, то новое Bluetooth устройство получает набор адресов доступных Bluetooth устройств, и за этим следует device name discovery, когда новое устройство выясняет имена всех доступных Bluetooth устройств из списка. Каждое Bluetooth устройство должно иметь свой глобально уникальный адрес (вроде как MAC-адреса у сетевых плат), но на уровне пользователя обычно используется не этот адрес, а имя устройства, которое может быть любым, и ему не обязательно быть глобально уникальным. Имя Bluetooth устройства может быть длиной до 248 байт, и использовать кодовую страницу в соответствии с Unicode UTF-8 (при использовании UCS-2, имя может быть укорочено до 82 символов). Спецификация предусматривает, что Bluetooth устройства не обязаны принимать больше первых 40 символов имени другого Bluetooth устройства. Если же Bluetooth устройство обладает экраном ограниченного размера, и ограниченной вычислительной мощью, то количество символов, которое оно примет может быть уменьшено до 20.

Ещё одной из важнейших особенностей Bluetooth является автоматическое подключение Bluetooth устройств к службам, предоставляемым другими Bluetooth устройствами. Поэтому, после того как имеется список имён и адресов, выполняется service discovery, поиск доступных услуг, предоставляемых доступными устройствами. Получение или предоставление, каких либо услуг - это то, ради чего всё собственно и затевалось, поэтому для поиска возможных услуг используется специальный протокол, называемый, как несложно догадаться, Service Discovery Protocol (SDP).

Естественно, Bluetooth не могла обойтись без такой важной вещи, как технология защиты передаваемых данных, встроенной в сам протокол. В зависимости от выполняемых задач, предусмотрено три режима защиты в которых может находится устройство.

Security mode 1 (non secure), устройство не может самостоятельно инициировать защитные процедуры.

Security mode 2 (service level enforced security), устройство не инициирует защитные процедуры пока не установлено и не настроено соединение. После того как соединение установлено, процедуры защиты обязательны, и определяются типом и требованиями используемых служб.

Security mode 3 (link level enforced security), защитные процедуры инициируются в процессе установления и настройки соединения. Если удалённое устройство не может пройти требований защиты, то соединение не устанавливается.

Естественно, что Security mode 3 и 2 могут использоваться вместе, то есть сначала устанавливается защищённое соединение, а потом оно ещё защищается в соответствии с требованиями и возможностями конкретной службы.

Основой системы безопасности Bluetooth, используемой в Security mode 3, является понятие сеансового ключа, или Bond. Сеансовый ключ генерируется в процессе соединения двух устройств, и используется для идентификации и шифрования передаваемых данных. Для генерации ключа могут использоваться самые различные составляющие, от заранее известных обоим устройствам значений, до физических адресов устройств. Комбинируя защиту на уровне соединения с защитой на уровне приложений (где может использоваться абсолютно любая уже существующая на сегодня систем защиты данных) можно создавать достаточно надёжно защищённые соединения. Но всё равно, очевидной слабостью Bluetooth соединений с точки зрения построения защищённых соединений остаётся возможность перехвата трафика, причём для этого даже не придётся использовать, какое либо специфическое оборудование. Впрочем, эта проблема не нова, и в настоящее время часто приходится использовать открытые сети, вроде Интернет, где возможен перехват трафика, для передачи закрытых данных.

4.3 Набор базовых протоколов, используемых в Bluetooth для передачи различных типов данных

После того, как соединение установлено, его можно использовать для самых различных целей. Возможно это благодаря набору базовых протоколов, используемых в Bluetooth для передачи различных типов данных. Упрщенная схема зависимости друг от друга приведена на рис. 5

Рис.5

В основе всего, как видно из схемы, лежит baseband protocol. Baseband protocol определяется физическими характеристиками радиокала.

Logical Link Control and Adaptation Layer Protocol или L2CAP, является базовым протоколом передачи данных для Bluetooth. Baseband protocol позволяет устанавливать синхронные (Synchronous Connection-Oriented, или SCO) и асинхронные (Asynchronous Connection-Less, или ACL) соединения. L2CAP, как видно из схемы, работает только с асинхронными соединениями. Так же многие протоколы и службы более высокого уровня используют L2CAP как транспортный протокол. В полном соответствии с идеологией Bluetooth L2CAP является простым протоколом, который предъявляет минимум требований к вычислительным мощностям и размеру оперативной памяти устройств, которые его используют. Основные особенности, заложенные в L2CAP таковы:

Protocol Multiplexing. L2CAP является транспортом для многих протоколов и служб, поэтому он обеспечивает возможность разобраться, к какому протоколу или службе относится переданный пакет, что обеспечивает доставку пакета именно тому, кто его ждёт.

Segmentation and Reassembly. Максимальной длиной пакета для L2CAP является 64 килобайта, для baseband protocol это число ещё меньше, всего 341 байт. Однако, иногда требуется передача больших пакетов, поэтому L2CAP обеспечивает разбивку большого пакета на несколько более мелких, и последующую сборку первоначального пакета.

Quality of Service. L2CAP поддерживает QoS, что позволяет Bluetooth устройствам отслеживать свободные ресурсы соединения и не позволять, что бы ширина канала или временные задержки для отслеживаемой службы опускались ниже критических значений.

Groups. L2CAP поддерживает адресацию не одному клиенту, а сразу целой группе.

Кроме L2CAP непосредственно с baseband protocol работают Link Management Protocol, или LMP, и Voice каналы, используемые для передачи аудиоинформации в синхронном режиме.

LMP является служебным протоколом, используемым для управления каналом, и не использующимся для передачи данных. Сообщения LMP используются для настройки физических характеристик канала, для служб безопасности на уровне физического канала (security mode 3), и тому подобных вещей. LMP имеет более высокий приоритет чем остальные протоколы (например, L2CAP), поэтому если канал занят чем-либо другим, то при необходимости передать LMP сообщение он немедленно освобождается.

Voice, или Bluetooth Audio. Это одна из служб Bluetooth, которая использует синхронное соединение. Одновременно может передаваться до 3 аудиоканалов. Характеристики звуковых потоков могут различаться, и во многом определяются используемым приложением. Максимально звуковой поток может передаваться с точностью в 16 бит при sampling rate 48 кГц. К сожалению, характеристики Bluetooth не позволяют передавать видеоинформацию с нормальным качеством.

Одним из важнейших протоколов Bluetooth, который использует L2CAP в качестве транспортного протокола, является Service Discovery Protocol, или SDP. Сейчас никто не сможет представить все возможные способы использования Bluetooth устройств, поэтому при разработке этого протокола пытались учесть как можно больше ситуаций, которые могут возникнуть. Сейчас действует версия 1.0 этого протокола, и основные особенности, которыми он располагает, в настоящее время таковы:

1. SDP должен позволять поиск служб по специальным атрибутам этих служб.
Например, если имеется несколько принтеров, доступных через Bluetooth, то клиент должен иметь возможность найти именно тот принтер, который ему нужен.

2. SDP должен позволять клиенту искать службы по классу. Если немного переделать предыдущий пример, то если клиенту понадобится принтер, то должна быть возможность найти именно устройство печати, не зная про него ничего другого.

3. SDP должен позволять просматривать службы без необходимости знать специфические характеристики этих служб. Например, если устройство предоставляющее какую-либо услугу может управляться только специальным программным обеспечением по какому-либо очень редкому или закрытому протоколу, то для SPD это не будет проблемой, всё равно можно будет получить информацию о доступности и названии службы.

4. SDP должен предоставлять возможности для обнаружения новых служб, которые появились за время работы.

5. SDP должен предоставлять возможность узнавать, когда служба становится недоступной из за того, что клиент вышел за пределы связи, или по какой-либо другой причине.

6. SDP позволяет службам, классам служб и атрибутам служб быть однозначно идентифицированными.

7. SDP должен позволять одному устройству находить любую службу на любом другом устройстве без обращения к третьему устройству.

8. SDP должен подходить для использования устройствами с ограниченной функциональностью. Помните, мы говорили о холодильниках? А ведь это далеко не предел...

9. SDP должен позволять увеличивать количество доступной информации о службе. Это означает, что если служба требует подробного и объёмного описания своих возможностей, параметров, ограничений и т. п., то вся эта информация не будет вываливаться на всех, кто просто спросит о доступности службы, а будет предоставлена только тем, кто более пристально заинтересуется именно этой службой.

10. SDP должен поддерживать использование промежуточных кэширующих агентов для ускорения или повышения эффективности процесса поиска новых служб. Этот пункт не противоречит пункту 7, потому что использование третьего устройства возможно, но не обязательно.

11. SDP должен быть полностью независим от протоколов более высокого уровня, используемых Bluetooth соединением.

12. SDP должен работать, когда в качестве его транспортного протокола используется L2CAP.

13. SDP должен позволять находить и использовать службы, которые обеспечивают доступ к другим протоколам обнаружения служб. Это позволяет расширять возможности системы, и использовать службы и устройства которые не имеют Bluetooth интерфейса.

14. SDP должен поддерживать создание и определение новых служб без необходимости централизовано регистрироваться.

Кроме этого, есть ряд вещей, которые пока что не входят SDP, но очень возможно, что в следующих редакциях спецификации многие из них станут обязательными.

1. SDP 1.0 не предоставляет механизма доступа с службам, только информацию о службах.

2. SDP 1.0 не предоставляет возможности оценивать службы. То есть, с его помощью нельзя автоматически выбрать наиболее подходящую службу, если доступно сразу несколько служб предоставляющий похожий сервис.

3. SDP 1.0 не позволяет договариваться о параметрах службы.

4. SDP 1.0 не позволяет узнать о загруженности службы, или устройства предоставляющего службу.

5. SDP 1.0 не даёт возможности клиенту управлять службой.

6. SDP 1.0 не позволяет уведомлять о том, что служба или информация о службе становится недоступной.

7. SDP 1.0 не позволяет уведомлять о том, что атрибуты службы изменились.

8. В настоящее время спецификация не описывает интерфейса, через который программы должны обращаться к SDP.

9. SDP 1.0 в настоящее время не обладает развитым механизмом управления списком служб, например

10. SDP 1.0 не позволяет накапливать и регистрировать службы.

Ещё одним из протоколов, которые используют L2CAP в качестве транспортного является, RFCOMM. Этот протокол эмулирует соединение PPP (point-to-point) по серийному порту (RS-232 или EIATIA-232-E, более известным как COM-порты). Через него работает такие службы как, например, LAN Access. Эта служба может работать как эмуляция Direct cable Connection, когда надо обеспечить связь между всего двумя PC, так и использоваться для полноценного входа в уже существующую локальную сеть. Во втором случае используется устройство под названием LAN Access point, через которое компьютер с Bluetooth оказывается, подключен к LAN так, как он мог бы подключиться через dial-up соединение.

TCS - Telephony Control protocol Specification ещё одна служба, использующая L2CAP в качестве транспортного протокола. Эта служба может использоваться центральной домашней или офисной телефонной станцией для переадресовки телефонных звонков. При этом TCS используется только для обслуживания соединения. После того как установлено соединение с нужным телефонным аппаратом (или аппаратами), TCS вызывает Bluetooth voice, и сама речь передаётся с использованием этого синхронного протокола.

Bluetooth audio. Обычно для передачи аудиоинформации используется специальный протокол, который работает непосредственно с baseband protocol, но для этого с успехом может применяться и L2CAP. L2CAP предоставляет меньше возможностей для передачи аудио информации, чем Bluetooth voice, но этот метод незаменим, когда необходимо, к примеру, обмениваться аудиоинформацией между Bluetooth и не Bluetooth сетями. Кроме этого, данный метод хорош, когда требуется дополнительная защита данных.

Конечно же, приведёнными на схеме и описанными выше службами, области возможного применения Bluetooth не ограничиваются. Bluetooth, развившаяся из простой технологии для обмена данными между компьютером и мобильными телефонами оказалась настолько удачной, что может применяться практически где угодно.

5. Некоторые аспекты практического применения технология Bluetooth

Возьмем и рассмотрим примеры использования технологии Bluetooth:

1. Автоматическая синхронизация вашего настольного, переносного ПК и мобильного телефона. Например, как только вы вводите новые данные в адресную книгу в ноутбуке, автоматически модифицируются соответствующие записи в настольном компьютере, и наоборот.

2. Автоматическая резервная синхронизация. Босс изменил ваш план мероприятий, в то время как вы находитесь в поездке. Офисный ПК посылает изменения на ваш сотовый телефон, который автоматически соединяется с ноутбуком и передает модифицированное расписание.

3. Соединение между собой всех периферийных устройств. Беспроводное соединение настольного ПК или ноутбука с принтером, сканером и локальной вычислительной сетью. Особенно усиливает ощущение «свободы» беспроводное соединение «мышки» и клавиатуры с персональным компьютером.

4. Составление Е-mail-сообщения с использованием ноутбука в салоне летящего самолета. Уже в аэропорту, стоя в очереди к таможеннику, вы включаете мобильный телефон, и все сообщения немедленно отсылаются.

5. Насладитесь комфортом автомобильного комплекта handsfree. Сотовый телефон остается в кармане, а handsfree соединяется с ним посредством беспроводной связи. Отдавая речевые команды, вы набираете номер и говорите по телефону.

6. Передача фотографий и видеоклипов из любой точки. Цифровая камера соединяется с мобильным телефоном (без проводов), а вы добавляете комментарии посредством клавиатуры на телефоне или ноутбуке. Фото и текст отправляются адресату.

7. Соединение всех участников для мгновенного обмена информацией. Находясь на встрече или конференции, можно быстро обсудить интересующий вопрос со всеми ее участниками. Кроме того, теперь вы можете дистанционно выполнять функции управления, например, включить проектор.

8. Используйте ноутбук для доступа в Интернет независимо от вида подключения - через мобильный телефон, модем или по локальной сети.

9. Использование портативного ПК в качестве спикерфона. Соединив беспроводный головной телефон (headset) с ноутбуком, используйте его в офисе, автомобиле или дома.

6. Анализ беспроводных технологий и перспективы развития технологии Bluetooth

Несмотря на все свои плюсы технология Bluetooth имеет некоторые недостатки и соответственно имеются конкуренты. Но эти технологии не способны составить серьезной конкуренции «синезубому». Рассмотрим некоторые из них:

1) протокол инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association), который обеспечивает беспроводную связь устройств, использующих для таких же целей кабельное соединение;

2) Home/SWAP, технология локальных беспроводных сетей;

3) IEEE 802.11, беспроводной стандарт Ethernet.

IrDA.Стандарт передачи данных, работающий по принципу "точка-точка", имеющий узкий угол охвата (конус 30 градусов), радиус действия до одного метра, совместимость с предыдущими стандартами, скорость передачи данных от 4 Мб/с до 16 Мб/с. Технология IrDA используется очень широко во всем мире на более чем 50 млн. устройств, при этом ежегодный рост количества устройств составляет 40 процентов. Характеристики IrDA включают: широкий круг поддерживаемых устройств и программных платформ, сконструированных для кабельного соединения по принципу "точка-точка", узкий угол взаимодействия, что предотвращает интерференцию с другими электронными устройствами.