Hlavní navigace

Osobní sítě -- Bluetooth a IEEE 802.15

Rita Pužmanová 14. 5. 2002

Vedle známějších bezdrátových lokálních sítí WLAN, které jsme zde popisovali, existují také bezdrátové osobní sítě určené pro komunikaci na krátkou vzdálenost mezi pevnými i pohyblivými komunikačními zařízeními v rámci tzv. osobního prostoru. Vyznačují se malými nároky na napájení a také nižší přenosovou rychlostí.

Bezdrátové sítě s malým dosahem lze rozdělit podle užití na bezdrátové lokální sítě (Wireless Local Area Network, WLAN) a osobní sítě (Wireless Personal Area Network, WPAN). WLAN byly vymýšleny spíše pro podnikové využití a osobní sítě naopak pro domácnosti. S tím měly souviset i potřebné náklady na instalaci sítě, ale první WPAN nakonec zdaleka levné nebyly, takže se místo nich i v domácím prostředí a domácích kancelářích začaly uplatňovat WLAN. V současné době se karta trochu obrací, takže není vyloučen ani opačný postup: použití osobních sítí v kancelářích.

Je to osobní

Osobní prostor (Personal Operating Space, POS), tedy rozsah osobní bezdrátové sítě WPAN, činí asi 10 metrů v průměru, proto se WPAN řadí k bezdrátovým sítím s malým dosahem.

První bezdrátovou osobní sítí byl rádiový systém Bluetooth. Vývojem Bluetooth se zabývá od roku 1998 Bluetooth SIG (Special Industry Group), kterou jako neziskové průmyslové sdružení založily firmy Ericsson, IBM, Intel, Nokia a Toshiba. Název technologie je odvozen od přezdívky dánského krále Haralda II – Blatand („modrý zub“, prý podle jeho mimořádné záliby v borůvkách a ostružinách), který během 10. století sjednotil skandinávský lid. A technologie Bluetooth má také za cíl sjednotit osobní komunikační a výpočetní zařízení. Jméno technologie, původně zvolené pouze dočasně, nakonec zůstalo, a tak se dostalo i do povědomí uživatelů. Mezi nejvýznamnější prosazovatele Bluetooth, coby levné bezdrátové technologie s krátkým dosahem, dnes patří vedle zakladatelů SIG společnosti 3Com, Agere, Microsoft a Motorola.

Specifikace Bluetooth (první verze byla k dispozici v roce 1999) je charakteristická nízkými nároky na napájení a spoluprací s malými koncovými zařízeními. Rychlost na fyzické vrstvě dosahuje 1 Mbit/s, přičemž skutečná propustnost dat se pohybuje maximálně kolem 720 kbit/s. Komunikace po Bluetooth nabízí až tři hlasové kanály. Bluetooth pracuje podobně jako WLAN 802.11b (viz článek Bezdrátové lokální sítě WLAN podle IEEE I.) v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz. Na rozdíl od 802.11b ale Bluetooth využívá metody rozprostřeného spektra s přeskakováním kmitočtů (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS), kdy rádiový signál velmi rychle (1600krát za sekundu) náhodně přeskakuje mezi 79 jedno-MHz kanály.

Veškerou komunikaci v síti Bluetooth řídí hlavní stanice (master) prostřednictvím protokolu výzvy: podřízená stanice (slave) může komunikovat s ostatními výhradně prostřednictvím hlavní stanice. Komunikace mezi hlavní stanicí a podřízenou stanicí je asynchronní bez spojení (asynchronous connectionless). Hlavní stanice alokuje časové úseky podle potřeb pro každý typ komunikace (synchronní nebo asynchronní) prostřednictvím mnohonásobného přístupu s časovým dělením (Time Division Multiple Access, TDMA). Bluetooth používá stejné kmitočty pro vysílání a příjem s využitím Time Division Duplexing (TDD), které také umožňuje, aby jedna stanice sítě byla současně podřízenou i hlavní stanicí.

Specifikace Bluetooth umožňuje různorodé služby prostřednictvím zabudované podpory kvality služeb (Quality of Service, QoS) a volitelně nabízí až tři hlasové kanály o 64 kbit/s (tento volitelný typ spojení je synchronní se spojením, synchronous connection-oriented). Bluetooth pro zabezpečení používá stejný protokol jako WLAN, protokol WEP (Wired Equivalent Privacy), ale s 128bitovým klíčem. Malý dosah sítě řádově do deseti metrů je s ohledem na bezpečnost velkou výhodou ve srovnání se sítěmi 802.11, kde se lze do sítě nabourat až stovky metrů daleko.

Specifikace Bluetooth

Stávající stabilní specifikace Bluetooth má označení 1.1. Bluetooth SIG sice již dva roky vyvíjí další verze specifikace s výhledem na kapacitu 2 a 10 Mbit/s, ale jejich dokončení, neřku-li uvedení do praxe, není v dohledu. Zatím se tedy SIG snaží prosadit stávající jednotnou specifikaci do různých druhů zařízení.

Základní specifikace Bluetooth 1.1 je k dispozici na příslušné stránce SIG nebo prostřednictvím IEEE 802.15.1 Offsite Links Page. Jedná se o Core Specification (Volume I) a Profile Definitions (Volume II). Profily představují nedílnou nadstavbu pro základní specifikaci, protože Bluetooth na rozdíl od jiných sítí nedefinuje pouze komunikačními protokoly nejnižších vrstev, ale také aplikace.

Normy

Jak souvisí průmyslová specifikace s normalizací? Bluetooth totiž v březnu letošního roku převzalo IEEE jako jednu z normalizovaných variant WPAN (IEEE 802.15.1). Normalizací WPAN se zabývá podvýbor IEEE 802.15 s cílem umožnit bezdrátovou komunikaci bez velkých nároků na konfiguraci i spotřebu energie u malých příručních zařízení.

Podvýbor IEEE 802.15 – Bezdrátové osobní sítě (Wireless Personal Area Network, WPAN) – se dělí na následující skupiny:

  • Task Group 1 – WPAN/Bluetooth – norma pro WPAN na základě specifikace Bluetooth 1.1
  • Task Group 2 – Coexistence – zabývá se koexistencí všech bezdrátových technologií vytvořených v rámci IEEE 802
  • Task Group 3 – WPAN High Rate – cílem je specifikovat rychlou bezdrátovou osobní síť (11–55 Mbit/s), pracující opět v pásmu 2,4 GHz, se zabudovanou podporou pro kvalitu služeb (QoS) pro náročné domácí multimediální aplikace (video v reálném čase, vysoce kvalitní audio, přenosy velkých datových souborů). Schválení normy se očekává na přelomu tohoto roku.
  • Task Group 4 – WPAN Low Rate – pracuje na specifikaci pro pomalejší osobní rádiové sítě do 250 kbit/s s m­inimálními energetickými potřebami

Pouze první pracovní skupina již schválila – byť jen podmínečně – normu pro WPAN: norma 802.15.1 je plně slučitelná se specifikací Bluetooth 1.1, ale není se specifikací identická. IEEE přidala mj. specifikaci přístupových bodů služby (Service Access Points, SAPs), zahrnující rozhraní LLC/MAC pro jednotný protokol řízení logického spoje (součást druhé vrstvy architektury) v lokálních sítích typu 802.

Topologie a dosah sítě

Jestliže topologie (konfigurace) WLAN (viz článek Bezdrátové lokální sítě WLAN podle IEEE I.) je realizovaná především s návazností na síťovou infrastrukturu, v případě WPAN se primárně jedná o ad hoc (náhodné) seskupení komunikujících zařízení, což znamená, že se zařízení může snadno připojit nebo odpojit od sítě. Někdy se tento princip budování sítě nazývá Spontaneous Networking. Současně je však možné využít připojení k přístupovému bodu (Access Point, AP) jako ve všech typech WLAN.

Bluetooth podporuje jak dvoubodovou, tak mnohabodovou komunikaci. Pokud je více stanic propojeno do ad hoc sítě, tzv. pikosítě (piconet), jedna rádiová stanice působí jako hlavní (master) a může simultánně obsloužit až 7 podřízených (slave) zařízení. Všechna zařízení v pikosíti se synchronizují s taktem hlavní stanice a se způsobem přeskakování mezi kmitočty. Specifikace dovoluje simultánně použít až 10 pikosíti na ploše o dosahu 10 metrů. Pikosítě lze sdružovat do tzv. scatternets („rozprostřených“ sí­tí).

Bezdrátové lokální sítě WLAN (IEEE 802.11) a osobní sítě WPAN (Bluetooth a IEEE 802.15) se řadí k technologiím nenáročným na napájení, s malým dosahem a malou prostorovou kapacitou. Nedávno představená ultra-širokopásmová technologie (UWB, viz příslušný článek na Lupě) má i střední dosah a zejména se vyznačuje vysokou prostorovou kapacitou, tj. agregovanou šířkou pásma na jednotku plochy. Osobní sítě mají ještě menší dosah než WLAN a rovněž přenosová kapacita je nižší (porovnej s IEEE 802.11a v článku Bezdrátové lokální sítě WLAN podle IEEE II.).

Bluetooth ve svém nízkovýkonovém režimu má dosah pouze 10 m s vrcholnou rychlostí 1 Mbit/s. Studie ukazují, že 10 pikosítí Bluetooth tvořících tzv. Scatternet, může pracovat v jednom okruhu o průměru 10 metrů s minimálním dopadem na kvalitu přenosu, což znamená agregovanou rychlost všech deseti sítí 10 Mbit/s. Tato rychlost dělená plochou kruhu dává prostorovou kapacitu přibližně 30 kbit/s/m2.

Aplikace

Prvotní zamýšlená aplikace Bluetooth/802­.15.1 byla pro domácí sítě: komunikace mezi mobilními komunikačními zařízeními (PDA, telefon apod.) a periferními zařízeními (zejména tiskárnami) či počítači pro sdílení a přenos souborů, tisk, elektronickou komunikaci. Kromě komunikačních a výpočetních systémů lze Bluetooth využít i pro komunikaci se spotřební elektronikou a domácími spotřebiči.

Mezi aplikacemi, které mohou přispět k rozšíření Bluetooth i pro firemní účely, patří přístup klientů k elektronické poště, personal information management (PIM), sdílení souborů a synchronizace se vzdálenými zařízeními.

Bluetooth má však ještě další želízko v ohni, pokud jde o jeho budoucí uplatnění. Stává se totiž podstatnou součástí telematických systémů v automobilech, které začínají sloužit na cestách nejen jako prostředky navigace, asistence a přístupu k potřebným informačním zdrojům (včetně přístupu k Internetu), ale i jako vnitro-automobilová komunikace mezi osobními elektronickými zařízeními i elektronickým vybavením automobilu.

Technologie Bluetooth měla mít předpokládaný nástup ve velkém v minulém roce (zejména jako vestavěná podpora v nových mobilních telefonech), ale nestalo se tak, přestože stovky nejrůznějších zařízení byly schváleny do konce loňského roku. Jedním z důvodů pozdějšího průniku na masový trh je cena: Bluetooth je příliš drahý, aby se uplatnil ve větší míře u více předmětů denní potřeby. Teprve v tomto roce se začínají hýbat stojaté vody: většina předních výrobců mobilních telefonů již avizuje svoji podporu pro Bluetooth ve svých zařízeních.

Co se děje kolem Bluetooth

Chystá se velký kongres a výstava Bluetooth Congress & Expo 2002, pořádané IBC v červnu v Amsterodamu. Kongres bude obeslán významnými řečníky z řad výrobců i spotřebitelů technologie Bluetooth; na výstavě, kam je možné se dostat zadarmo, představí své produkty 170 vystavovatelů; nejen výrobců komunikačních a výpočetních systémů, ale i spotřební elektroniky a telematických automobilových systémů.

Našli jste v článku chybu?

21. 8. 2004 11:34

pik-nik (neregistrovaný)
cely proces je asynchronni, z hlediska uzivatele - slysi hlas. Tady vubec neni nic synchronniho mimo slot synchronizace.

21. 8. 2004 11:29

pik-nik (neregistrovaný)
devce zlate, je to prima ze pises, ale vem si kalkulacku. A neber propagandu za opratě.
Takze jaka je propustnost kanalu se tremi zvuky? Zkus to prvne s jednim. Jedna deleno dvema deleno casem rx tx odectes service header a asi 180us na slot/hardware, neco na konci take odecist, vis proc. Vysledek dela radove 50 kb, ktere jsou velmi dobre. Meri se to asi tak, za jaky cas protahnes 100M file. A basta fidli. Kanalovy rastr je 1MHz.
Rozsah neni 10m, je az 1,25km, pro mikrovykony to dela bezne 50m…

Vitalia.cz: Pravda o přibírání na zimu

Pravda o přibírání na zimu

Vitalia.cz: To není kašel! Správná diagnóza zachrání život

To není kašel! Správná diagnóza zachrání život

DigiZone.cz: Mňam TV splnila slib a odešla z DVB-T

Mňam TV splnila slib a odešla z DVB-T

Root.cz: Nová třída SD karet A1 s vysokým výkonem

Nová třída SD karet A1 s vysokým výkonem

Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

DigiZone.cz: Milan Kruml: procházka TV historií

Milan Kruml: procházka TV historií

Měšec.cz: Air Bank zruší TOP3 garanci a zdražuje kurzy

Air Bank zruší TOP3 garanci a zdražuje kurzy

Lupa.cz: UX přestává pro firmy být magie

UX přestává pro firmy být magie

Podnikatel.cz: Přivýdělek u Airbnb nebo Uberu? Čekejte kontrolu

Přivýdělek u Airbnb nebo Uberu? Čekejte kontrolu

Vitalia.cz: Manželka je bio, ale na sex moc není

Manželka je bio, ale na sex moc není

Vitalia.cz: Naučí vás péct kváskový chléb bez lepku i s lepkem

Naučí vás péct kváskový chléb bez lepku i s lepkem

DigiZone.cz: Digi CZ výrazně zlevnila balíček HBO

Digi CZ výrazně zlevnila balíček HBO

Podnikatel.cz: 3, 2, 1..EET startuje. Na co nezapomenout?

3, 2, 1..EET startuje. Na co nezapomenout?

Měšec.cz: Vklad na cizí účet je draze zpoplatněn (přehled)

Vklad na cizí účet je draze zpoplatněn (přehled)

Podnikatel.cz: Změny v daních z příjmů u zaměstnávání

Změny v daních z příjmů u zaměstnávání

Lupa.cz: Google měl výpadek, nejel Gmail ani YouTube

Google měl výpadek, nejel Gmail ani YouTube

Podnikatel.cz: EET zvládneme, budou horší zákony

EET zvládneme, budou horší zákony

Měšec.cz: Platby do zahraničí: pozor na tučné poplatky

Platby do zahraničí: pozor na tučné poplatky

Lupa.cz: Babiš: E-shopů se EET možná nebude týkat

Babiš: E-shopů se EET možná nebude týkat

Podnikatel.cz: Pozor, pojišťovny mění čísla účtů

Pozor, pojišťovny mění čísla účtů