Сымсыз байланыс технологиялары

Лекция №2

1.1.2 Дербес сымсыз тораптар (Home RF, Bluetooth, ZigBee технологиялары)

Мәліметті таратқыш дербес сымсыз тораптар 90-шы жылдардың ортасында шыға бастады. Бірақ 90-шы жылдардың аяғында микроэлектрониканың дамуымен және де арзан элементтік базасы пайда болуымен олардың құрылғылары көптеп жасала бастады. Бір уақытта бірнеше дербес САТТ шығарылды, негізінен олар IEEE 802.15стандарттар тобы (Bluetooth, ZigBee және т.б) және Home RF спецификациясы.

Home RF және IEEE 802.15 стандарттары

Home RF – компьютер мен тұрмыстық техниканы өндірушілерінің 1998 жылдың науырызында бірінші қойған аты. Бірінші шыққан жылы қатарына 90нан артық өндіруші фирмалар қатысты. Олардың арасында Intel, Compaq, Ericson, Hewlett Packard, Microsoft болды. Осылардың ұйымдасуымен барлығына дерлік сымсыз байланысты қолданудың ашық протоколы (SWAP-Shared Wireless Access Protocol) негізінен Home RF радиоторабына сай етіп жасалынды. Артынан SWAP атының орнына Home RF спецификациясы деп қолданыла бастады. Home RF құрылғысы 2,4 ГГц жиілік диапазонында жұмыс істейді, трафикті тарату үшін жиілікті секіртпелі өзгерту бойынша спектрді кеңейту әдісі қолданылады.

Home RF стандарты үйде сымсыз ақпарат тарату жүйесі ретінде, оған ұқсас Ethernet торабындағы Home PNA-ны ауыстыру үшін қолданылды. Home RF торабы жұмыс істеп отыру үшін оған host-компьютер немесе оның функциясын орындайтын құрылғы керек. Осы келтірілген технологияның бастапқы бағыты қолдану сферасының спецификациясына байланысты, айта кетсек - әртүрлі құрылғыларды сымсыз торапқа қосу; дербес компьютерлерді, периферияны, сымсыз қосылған телефондар және тұрмыстық электроникаларға дейін қосу. Технология әртүрлі типтегі трафиктерді - мәліметтер, дауысты және мультимедиялық ағынды таратуға арналған. Дауысты транспорттау үшін, уақыт бойынша бөлінген каналдардың TDMA әдісі (DECT торабынан алынған); ал мәліметтер трафигін тасымалдау үшін коллизияларды табатын көптік қол жету әдістері GSMA/ CA (Ethernet торабындағы ұқсас) қолданылады.

Home RF бірінші спецификация версиясы 1998 жылы 17 желтоқсанда пайда болды, оның ақпаратты тарату жылдамдығы 2Мбит/с. 2001 жылдың науырызында Home RF 2.0 спецификациясы шықты,оның максимальды тарату жылдамдығы 10Мбит/с; әрі қарай оның жылдамдығын 20 Мбит/с-қа дейін үлкейтуге мүмкіндік бар екенін көрсетті, соңғы версиясы Home RF 2.01 2002 жылдың 1шілдесінде жарық көрді.

Bluetooth идеологиясының мәні басқаша - ол әмбебап радиоинтерфейс, әртүрлі құрылғыларды бір-бірімен байланыстыратын және де арзан аппараттың қызмет көрсету құрылғыларын қажет ететін технология. Бірақ, қазіргі кезде оның нақты қолданысы тек қана сымды ауыстыратын радиоинтерфейс ретінде (мысалы ұялы телефонның сымсыз гарнитурасы) мүмкіндіктері зор болса да, осы технология өмірімізде зор орын алып отыр. Қазіргі кезде нарықта Home RF технологиясы Bluetooth технологияларымен ығыстырылып келе жатыр. Bluetooth және Home RF технологияларының сипаттамасы 2 кестеде көрсетілген.

Кесте 2

Bluetooth және Home RF технологиялардын салыстырмалық сипаттамалары

Көрсеткіштері	Home RF	Bluetooth
Модуляция түрі	Шумға ұқсас сигнал, жиілік секіртпелі әдісі	Шумға ұқсас сигнал, жиілік секіртпелі әдісі
Секунд ішіндегі секіртпе саны
Таратқыш қуаты, мВт
Ақпарат алмасу жылдамдығы, Мбит/с	1 немесе 2 (20ға дейін)
Модуляция тәсілі	ЖМ 2 немесе 4деңгейлі	ЖМ 2 деңгейлі
Желідегі құрылғы саны	127ге дейін	Шексіз
Ақпаратты қорғау	Blowfish data security	40 және 64-биттік шифрлеу
Әрекет ету радиусы, м		10-100

Bluetooth спецификациясы Ericson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba демеуімен 1998 жылдың ақпанында шықты және оны стандартты ұйымдастыруға жаңа жұмыс тобы SIG(Special Interest Group) құрылды.

2000 жылдың өзінде Bluetooth SIG тобына 1883 фирма қосылды. Жаңа технологияның элемент бағасын, бағдарламаның қамсыздануын дербес компьютердің, ұялы телефондардың дыбыс шығарушы және т.б өндірушілері қолдады. Қазір Bluetooth стандарты дүние жүзімен мойындалған. Bluetooth SIG және IEEE арасындағы келісіммен оған IEEE 802.15.1 стандарты берілген. «Wireless Medium Acces Control (MAC) and Physical layer (PHY) Specifications for Wireless Personal Area Networks WPANs» аударымы - Физикалық деңгейдегі сымсыз дербес тораптың және сымсыз каналға қолжету каналының бақылау спецификациясы.

Bluetooth спецификациясында уақыт бойынша муьтиплекстеу және ақпаратты таратудың пакеттік тәсілі ұйымдастырылған. Радиобайланыс 2400-2483,5 МГц жиілік жолағында жүргізіледі. Радиотрактіде спектрді кенейтудің секіртпелік екі деңгейлі жиіліктік модуляциясы Гаусс фильтрімен іске асырылады. (Dinary Gaussian Frequency Shift Keying) Жиіліктік секіртпе әдісінде берілген жиілік жолағы бірнеше кішкентай каналдарға әрқайсысы 1 МГц-ке бөлінеді.

Каналдың өзі көптеген 79 немесе 23 кішкентай каналдардың бейберекет секіртпелерінен тұрады (3 кесте). Әрбір канал уақыттың сегменттерге 625 мсек бөлінеді, әрбір сегментке өзінің кішкентай (подканалы) тасымалдағышы сәйкес келеді. Таратқышта тасымалдағыштар секіріп ауысып отырады, олар қабылдағышпен синхронды жүреді және канал номерімен аяқталады. Бір секунд ішінде 1600-ге дейін жиілік секіртпесі болады. Бұл әдісте конфиденциялдық сақталып, оны бөгет сигналдардан қорғалуын қамтамасыз етеді. Соңғысын айта кетсек, белгілі бір кішкентай каналдан пакет қабылданбаса, онда қайталап басқа кішкентай каналдан басқа жиілікте қабылдау жүргізіледі.

Кесте 3

Bluetooth стандартында жиіліктің жолағының каналдар тобына бөлінуі

Ел	Диапазон, МГц	Кішкентай каналдардың жиілігі, МГц	Кішкентай каналдарға берілетін номерлер, k
Еуропа және АҚШ	2400,8-2483,5	2402 + k	0... 79
Жапония	2471,8-2497,8	2473 + k	0... 23
Испания	2445,8-2475,8	2449 + k	0... 22
Франция	2446,5-2483,5	2454 + k	0... 22

Bluetooth протоколы нүкте нүкте және көп нүкте қосылуын қамтамасыздандырады. Екі немесе бірнеше құрылғылар бір каналды пайдаланатын болса, онда олар пикоторапты (Pikonet) құрайды. Бір құрылғымыз негізгі болса (master), ал қалғандары оған тәуелді (slaves) болады. Бір пикоторапта 7-ге дейін құрылғы тәуелді және негізгі құрылғыға синхрондалған. Бір-бірімен әсерлесетін пикотораптар үлестірілген торапты (scatternet) құрайды.

Сур. 3. Пикотораптардың құрылым нұсқаулары

Әрбір пикоторапта тек қана бір негізгі құрылғы бар, қалғандары оған тәуелді және басқа пикотораптарға енуі мүмкін. Сонымен бірге бір пикотораптың негізгі құрылғысы басқа пикоторапқа тәуелді болуы мүмкін (3ші сурет), пикотораптар уақыт және жиілік бойынша бір-бірімен синхрондалмаған, олар тек қана өзінің реттік жиілік секіртпелерін қолданады. Бейберекет-реттік циклдің ұзындығы 227 элементтен тұрады. Bluetooth стандартында дуплексті уақыт негізінде тарату құрастырылған (time division duplexing.TDD), негізгі құрылғы сегменттің тақ уақытында, тәуелділері жұп уақытында пакеттерді таратады. Пакеттер ұзындығына байланысты уақыттың бес сегментіне дейін жетеді. Пакетті таратқанда оның жиілігі өзгермейді. Bluetooth протоколы бойынша 1 синхронды мәлімет каналын, үш синхронды дыбысты, дауыс каналын немесе екеуін бірге таратуға, қолдануға болады. Дауыс каналының жылдамдығы 64 кбит/сек әр бағытта, асинхронды ассиметрлі режимде 732,2 кбит/c бір бағытта, 54,6 кбит/с кері бағытта немесе симметриялы режимде әр бағытта 433,9 кбит/сек дейін жетеді.

Синхронды қосылу (SCO)тек қана нүкте-нүкте режимінде іске асырылады. Осы байланыстың түрі сезімтал ақпаратты таратуға қолданылады. Синхронды қосылыста негізгі құрылғы уақыт сегменттерін SCO интегралдарынан кейін резервлейді. Пакет қате қабылданған болса, онда оны қайталап жіберу мүмкін емес.

Асинхронды қосылу (ACL) негізінде синхронды қосылуға резервтелмеген уақыт сегменттері алынады. Тәуелді құрылғы бір ассинхронды қосылысты қолдайды. Пикотораптағы бірнеше тәуелді құрылғылардың болуына байланысты белгілі бір тәуелді құрылғы негізгі пакет жібереді, егер оның алдындағы интервалында және адресіне негізгі құрылғыдан пакет келсе ғана. Егер ACL пакетінің адрес бөлімінде, адресі көрсетілмеген болса пакет түгелдей дерлік құрылғылармен оқылады. Асинхронды қосылыс қате қабылданған пакеттерді қайталап таратуға мүмкіндігі бар (ARQ механизмі–automatic repeat recquest)

Қортындылап келгенде, Bluetooth технологиясы әмбебап жақсы көрініп тұрса да оған жетіспейтіні жылдамдық. Мысалы, бейнеақпаратты реальді уақытта көруге болмайды. Дауыс және көп емес мәліметтерді таратуға ыңғайлы болып келеді. Bluetooth технологиясымен үлестірілген пикотораптар жиынтығы әлі де өз күшіне енген жоқ, оның саладағы қолданысы аз.

Дата добавления: 2014-01-11