Рис. 4.30. Кадр: а — обычный; б — запроса канала
В протоколе 802.16 имеется много типов кадров. На рис. 4.33, б показан пример кадра запроса канала. Он начинается с единичного, а не нулевого бита и в целом напоминает заголовок обычного кадра, за исключением второго и третьего байтов, которые составляют 16-битное число, говорящее о требуемой полосе для передачи соответствующего числа байт. В кадре запроса канала отсутствует поле данных, нет и контрольной суммы всего кадра.
Можно долго говорить о стандарте 802.16, но все-таки не здесь. За дополнительной информацией обращайтесь, пожалуйста, к официальному описанию стандарта IEEE802.16-2009.
4.6. Bluetooth
В 1994 году компания Л. М. Эриксона (L. M. Ericsson) заинтересовалась вопросом беспроводной связи между мобильными телефонами и другими устройствами (например, портативными компьютерами). Совместно с четырьмя другими небезызвестными компаниями (IBM, Intel, Nokia и Toshiba) в 1998 году была сформирована специальная группа (SIG — Special Interest Group, то есть консорциум), которая занялась развитием стандарта беспроводного соединения вычислительных устройств и устройств связи, а также созданием аксессуаров, использующих недорогие маломощные радиоустройства небольшого радиуса действия. Проект был назван Bluetooth («Синий зуб») в честь великого короля викингов по имени Гаральд Синий Зуб II (940—981), который объединил (читай, завоевал) Данию и Норвегию. Ну да, он тоже сделал это без помощи проводов.
Bluetooth 1.0 появился в июле 1999 года, и с тех пор SIG никогда не оглядывалась назад. Теперь всевозможные потребительские электронные устройства используют Bluetooth — от мобильных телефонов и ноутбуков до наушников, принтеров, клавиатур, мышей, игровых приставок, часов, аудиоплееров, навигационных устройств и т. д. Протоколы Bluetooth позволяют этим устройствам находить друг друга и соединяться с помощью действия, называемого сопряжение (pairing), и затем надежно передавать данные.
Протоколы в течение прошедшего десятилетия также развивались. После того как стабилизировались начальные протоколы, в 2004 году к Bluetooth 2.0 были добавлены более высокие скорости передачи данных. Версия Bluetooth 3.0 2009 года может использоваться для сопряжения устройств в комбинации с 802.11 для высокоскоростной передачи данных. Версия 4.0 от декабря 2009 года определила работу с низким энергопотреблением. Это будет удобно для людей, которые не хотят регулярно менять батареи во всех устройствах в доме. Ниже мы опишем основные аспекты Bluetooth.
4.6.1. Архитектура Bluetooth
Начнем изучение системы Bluetooth с краткого обзора того, из чего она состоит и для чего предназначена. Основу Bluetooth составляет пикосеть (piconet), состоящая из одного главного узла и нескольких (до семи) подчиненных узлов, расположенных в радиусе 10 метров. В одной и той же комнате, если она достаточно большая, могут располагаться несколько пикосетей. Более того, они могут даже связываться друг с другом посредством моста (специального узла), как показано на рис. 4.31. Несколько объединенных вместе пикосетей составляют рассеянную сеть (scatternet).
Рис. 4.31. Две пикосети могут, соединившись, сформировать рассеянную сеть
Помимо семи активных подчиненных узлов, один главный узел может поддерживать до 255 так называемых отдыхающих узлов. Это устройства, которые главный узел перевел в режим пониженного энергопотребления — за счет этого продлевается ресурс их источников питания. В таком режиме узел может только отвечать на запросы активации или на сигнальные последовательности от главного узла. Существует еще два промежуточных режима энергопотребления — приостановленный и анализирующий, но мы их сейчас рассматривать не будем.
Такое решение с главным и подчиненным узлом оказалось очень простым и дешевым в реализации (вся микросхема Bluetooth стоит менее $5). Поскольку этого и до-
бивались разработчики, такой вариант и был принят. Последствием этого является то, что подчиненные узлы получились очень неразговорчивыми — они лишь выполняют то, что им прикажет главный узел. В основе пикосетей лежит принцип централизованной системы с временным уплотнением. Главный узел контролирует временные интервалы и распределяет очередность передачи данных каждым из подчиненных узлов. Связь существует только между подчиненным и главным узлами. Прямой связи между подчиненными узлами нет.
4.6.2. Приложения Bluetooth
Большинство сетевых протоколов просто предоставляют каналы связи между коммуникационными единицами и оставляют прикладное использование этих каналов на усмотрение разработчиков. Например, в стандарте 802.11 ничего не говорится о том, что пользователи должны использовать свои ноутбуки для чтения электронной почты, работы в Интернете и т. п. В противоположность этому, Bluetooth специфицирует отдельные поддерживаемые приложения и для каждого из них предоставляет свой набор протоколов. На момент написания данного раздела было 25 таких приложений, называемых профилями (profiles). К сожалению, это приводит к сильному усложнению системы. Мы опустим многие детали в нашем описании, но коротко рассмотрим профили, чтобы увидеть, что группа Bluetooth пыталась достичь.
Шесть профилей предназначены для различного использования аудио и видео. Например, профиль intercom позволяет двум телефонам соединяться друг с другом наподобие раций. Профили наушников и устройств hands-free и обеспечивают этим устройствам связь с базовой станцией. Это удобно, например, при управлении автомобилем.
Другие профили предназначены для потоковой передачи стереозвука и видео, скажем, от портативного аудиоплеера к наушникам или от цифрового фотоаппарата до телевизора.
Профиль HID предназначен для устройств взаимодействия с человеком — соединения с компьютером клавиатур и мышей. Другие профили позволяют мобильному телефону или другому компьютеру получать изображение от камеры или посылать изображения принтеру. Возможно, более интересен профиль, позволяющий использовать мобильный телефон в качестве пульта дистанционного управления для телевизора (с поддержкой Bluetooth).
Следующая группа профилей имеет отношение к сетям. Профиль доступа к ЛВС позволяет устройству Bluetooth подсоединиться к сети непосредственно или получить удаленный доступ к сети, как и в 802.11, через точку доступа. Профиль удаленного доступа (dail-up networking) был, собственно говоря, тем, ради чего изначально был задуман весь проект. Он позволяет ноутбуку соединяться с мобильным телефоном, имеющим встроенный модем, без использования проводов.
Были также определены профили для обмена информации на более высоком уровне. В частности, профиль синхронизации предназначен для загрузки данных в мобильный телефон, когда его владелец выходит из дома, и извлечения их после возвращения.
Мы пропустим остальную часть профилей, упомянем только, что некоторые профили служат основой, на которой построены профили, упомянутые выше. Профиль группового доступа, на котором строятся все другие профили, обеспечивает установку и поддержку защищенной от несанкционированного доступа связи (канала) между главным и подчиненным узлами. Другие групповые профили определяют основы обмена объектами и передачи аудио и видео. Служебные профили широко используются для таких функций, как эмуляция последовательного канала, что особенно полезно при работе со многими устаревшими приложениями.
Неужели действительно так необходимо было подробно описывать в стандарте все приложения и предоставлять наборы протоколов для каждого из них? Может быть и нет, но было создано довольно много рабочих групп, занимавшихся различными аспектами применения системы. Каждая рабочая группа разработала свой профиль. Считайте это демонстрацией закона Конвея в действии. (В апреле 1968 года в журнале Datamation была опубликована статья Мелвина Конвея (Melvin Conway), в которой утверждалось, что если поручить написание компилятора n программистам, то получится n-проходный компилятор. В более общем виде эта мысль звучит так: структура программного обеспечения отражает структуру группы разработчиков.) Наверное, можно было обойтись не 25, а двумя наборами протоколов — один для передачи файлов и один для передачи данных в реальном масштабе времени.
