Архитектура и принцип работы беспроводных сетей и систем связи (стр. 2 )

1. беспроводные персональные сети (WPAN - Wireless Personal Area Networks). К таким сетям относятся системы с радиусом действия от сантиметров до нескольких метров (как правило, м). Основное назначение таких сетей состоит в замещении кабельной системы для связи офисного оборудования (например, компьютера и периферийных устройств) на малых территориях. При этом мощность излучения передатчиков, как правило, не превышает 10мВт. Примерами таких систем могут быть, IrDa, Bluetooth, ZigBee;

2. беспроводные локальные сети (WLAN - Wireless Local Area Networks). В таких сетях расстояние между устройствами достигает до сотен метров, а мощность передатчиков до 100 мВт. Это сети, предназначенные для объединения устройств в пределах локальной зоны (здания, предприятия и т. п.). К таким системам относится, например, Wi-Fi, где при помощи нескольких приемопередатчиков можно полностью покрыть дом или офис;

3. беспроводные сети масштаба города (WMAN - Wireless Metropolitan Area Networks). Как видно из названия такие сети предназначены для обслуживания больших территорий (до 80 км). Мощность передатчика при этом может достигать до нескольких сотен мВт. К таким системам относится, например, WiMAX.

1.3.2. Технологии и архитектура беспроводных вычислительных сетей

1.3.2.1. Технология передачи данных в инфракрасном спектре

Разработка технологий для передачи информации в инфракрасном (ИК) спектре берет свое начало с 1979 года, когда компания Hewlett-Packard объявила о начале продаж нового калькулятора, главной особенностью которого являлось наличие у него ИК - порта (Serial Infrared Port) для вывода информации на печать. После этого в течение нескольких лет разработчиками электронного оборудования была предложена целая серия приборов и устройств, использующих для передачи информации открытый оптический канал в ИК- диапазоне. Однако, все эти устройства не могли получить широкого распространения вследствие своей несовместимости. Поэтому в 1993 году была основана Infrared Data Association (IrDA - ассоциация инфракрасной передачи данных), международная некоммерческая организация, ставящая своей целью разработку единых стандартов, используемых для организации ИК - линий передачи информации. На первом этапе ассоциация насчитывала 50 членов, а сегодня их уже более 120. В списке практически все крупные компании, связанные с отраслью мобильных компьютеров - Palm Computing, Acer, Matsushita, Sony, Motorola, Fujitsu, TI, Intel, Compaq и Microsoft, а также представители некоторых других отраслей - Citizen Watch, CANAL+, Fuji Photo Film, Ricoh и многие другие. Первым стандартом, принятым IrDA, был, так называемый, Serial Infrared standart (SIR) опубликованный в сентябре 1993 года. Данный стандарт позволял обеспечивать передачу информации со скоростью от 9,6 кбит/с до 115,2 кбит/с. В июне 1994 года IrDA опубликовала спецификацию на общий стандарт, получивший название IrDA-standart, который включал в себя описание Infrared Physical Layer (IrPL - Физический уровень), Infrared Link Access Protocol (IrLAP - Протокол доступа) и Infrared Link Management Protocol (IrLMP - Протокол управления). Осенью 1995 года IrDA выпустила вторую версию своего стандарта - IrDA 2.0 (или же FastIR), обратно совместимую с предыдущей версией, обеспечив передачу со скоростью 115,2 кбит/с и 4 Мбит/с. Вся ИК - передача происходит в диапазоне длин волн от 850 до 880 нм, а дальность связи достигает 1 метр. И, наконец, в ноябре 1995 года Microsoft Corporation заявила о внесении программного обеспечения, обеспечивающего ИК - связь, использующую стандарт IrDA, в стандартный пакет операционной системы Windows95. В конце лета 2005 года появились сведения, что японские компании NTT DoCoMo, Sharp и ученые из Вазедского университета добилась увеличения пропускной способности ИК - канала до 4 раз исключительно за счет модернизации алгоритма (аппаратная часть при этом осталась прежней). Новый стандарт назван IR Simple, он полностью совместим со старыми версиями протокола и (так как изменения не затрагивают приемник и передатчик) может быть внедрен в устройства простым обновлением прошивки.

Скорости передачи данных делятся на несколько поддиапазонов - SIR, MIR, FIR, VFIR, UFIR каждый из которых характеризуется не только разными скоростями но и использованием различных кодовых схем.

1. SIR (Slow Infrared - ИК - устройство с малой скоростью) поддерживает скорости 9,6 кбит/с, 19,2 кбит/с, 38,4 кбит/с, 57,6 кбит/с, 115,2 кбит/с. Аналогичные скорости используются и в спецификации последовательного соединения RS232 (COM - порт), что позволяет без проблем реализовать COM IrDA адаптеры. Как правило, наименьшая доступная скорость для устройств составляет 9,6 кбит/с, и именно она используется для передачи сигналов оповещения, сопряжения и поиска;

2. MIR (Medium Infrared - ИК - устройство со средней скоростью) поддерживает скорости 0,576 Мбит/с и 1,152 Мбит/с. Несмотря на то, что MIR не является официальным термином IrDA, однако то, что схема кодирования, используемая для этих скоростей, отлична как от SIR, так и от FIR, делает этот термин распространённым;

3. FIR (Fast Infrared - ИК - устройство с высокой скоростью) поддерживает скорость 4 Мбит/с. Ранее использовался для обозначения устройств, поддерживающих скорость передачи данных от 9,6 кбит/с до 4 Мбит/с, что включало в себя и SIR и MIR;

4. VFIR (Very Fast Infrared - ИК - устройство с очень высокой скоростью) поддерживает скорости вплоть до 16 Мбит/с. На данный момент 16 Мбит/с - это самая высокая скорость передачи данных по IrDA, поддерживаемая серийными устройствами;

5. UFIR (Ultra Fast Infrared - ИК - устройство со сверхвысокой скоростью) будет поддерживать скорости вплоть до 100 Мбит/с. Находится на стадии разработки.

В отличие от радиоканала ИК - канал нечувствителен к ЭМ помехам, и это позволяет использовать его в производственных условиях. К недостаткам ИК - канала относятся незащищенность передаваемой информации. В условиях прямой видимости ИК - канал может обеспечить связь на расстояниях нескольких километров, но наиболее удобен для связи компьютеров, находящихся в одной комнате, где отражения от стен комнаты дает устойчивую и надежную связь. Наиболее естественный тип топологии здесь - «точка-многоточка». Не смотря на это, ИК - технологии чаще применяются для установления связи на коротком расстоянии (примерно 1 м) в режиме «точка-точка». Кроме того, IrDA намерено не пытался создавать локальную сеть на основе ИК - излучений, поскольку сетевые интерфейсы очень сложны, и требуют большой мощности, а в цели IrDA входили низкое потребление и экономичность. Интерфейс IrDA использует узкий диапазон с малой мощностью потребления, что позволяет создать недорогую аппаратуру и не требует сертификации.

ИК - порты могут быть установлены в огромное количество устройств: мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты. ИК - порт мобильного телефона позволяет передавать и принимать информацию со скоростью до 115,2 кбит/с. А компьютеры, в том числе и ноутбуки, могут посылать и получать информацию на скоростях до 4 Мбит/с.

У ноутбуков и карманных компьютеров ИК - порт часто встроен. Большинство настольных ПК не имеет ИК - порта в стандартной системной конфигурации, и для них необходим адаптер, который подключается к компьютеру через USB (рис.1.3.2) или COM - порт (рис.1.3.3) и служит для связи другими ПК или с мобильными телефонами и другими устройствами. При этом USB адаптер обеспечивает большую скорость (4 Мбит/с), чем COM - порт адаптер (примерно 115,2 кбит/с).

Существуют также принтеры, имеющие ИК - порт, на таких принтерах можно распечатать информацию прямо с телефона. Большинство карманных компьютеров со встроенным инфракрасным портом можно использовать как пульт для управления, например, DVD-плеером или видеомагнитофоном - для этого необходимо установить соответствующее ПО.

Данные передаются в виде пакетов с одним старт-битом в начале и одним стоп-битом в конце. Сам порт IrDA основан на архитектуре коммуникационного СОМ-порта ПК, который использует UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter - универсальный асинхронный приемник/передатчик).

Аппаратная реализация, как правило, представляет собой пару из передатчика и приемника, расположенных на каждой из сторон линии связи. Наличие и передатчика и приемника на каждой из сторон является необходимым для использования протоколов гарантированной доставки данных. В ряде случаев, например при использовании, в пультах дистанционного управления бытовой техникой, одна из сторон может быть оснащена только передатчиком, а другая только приемником. Иногда устройства оснащают несколькими приемниками, что позволяет одновременно поддерживать связь с несколькими устройствами. Наличие нескольких передатчиков встречается гораздо реже. Обобщенная структурная схема устройства передачи/приема данных в инфракрасном спектре представлена на рис.1.3.4.

Байт, который требуется передать, посылается в блок UART из центрального процессора (ЦП). UART формирует пакет данных - добавляет старт/стоп-биты и последовательно передает символы на передающее устройство (ПРД). На выходе ПРД получается импульсно манипулированный сигнал, который затем излучается ИК - светодиодом.

Стандарт IrDA требует, чтобы все последовательные биты кодировались таким образом: логический «0» передается одиночным ИК - импульсом длиной от 1,6 мкс до 3/16 периода передачи битовой ячейки, а логическая «1» передается как отсутствие ИК - импульса (рис.1.3.5). Минимальная мощность потребления гарантируется при фиксированной длине импульса 1,6 мкс. Интенсивность излучения в пределах угла ± 30° должна быть в диапазоне мВт/ср. В качестве излучателей используются ИК - светодиоды. Приемник и передатчик должны поддерживать устойчивое соединение на расстоянии до 1 м. Были также разработаны и более экономные варианты спецификации: «Standard-Low Power» и «Low Power Option - Low Power» с дальностью действия - 0,3 и 0,2 м соответственно.

Переданные ИК - импульсы поступают на PIN-диод, преобразующий импульсы света в токовые импульсы. Затем в приемной (ПРМ) части устройства, токовые импульсы усиливаются, фильтруются и сравниваются с пороговым уровнем для преобразования в логические уровни. Наличие ИК - импульса соответствует состоянию логического «0», а отсутствие - логической «1». Приемник должен точно улавливать ИК-импульсы мощностью от 4 мВт/ср до 500 мВт/ср в пределах угла ± 15°. Затем пакет данных передается на UART, где происходит его преобразование в формат удобный для обработки в ЦП.

Во всех ИК - технологиях применяется полудуплексный режим работы. Это вызвано тем, что при попытке одновременного приёма и передачи данных излучение собственного передатчика будет сильно мешать приёму сигнала от удалённого передатчика, что делает реализацию полнодуплексного режима сложной и нецелесообразной.

Рассмотрим далее особенности конструирования инфракрасных атмосферных каналов (ИАК). ИАК представляет собой устройства, преобразующие электрическую форму представления информации в оптическую и обратно. Оптическая среда ИАК (атмосфера), рассогласование оптических параметров передатчика и приемника вносят значительное ослабление сигнала. Общее затухание информационного оптического сигнала ИАК складывается из двух основных составляющих:

1. затухание оптического сигнала из-за рассогласования выходных оптических параметров передатчика и входных параметров приемника;

2. затухание за счет поглощения квантов света на парах воды, молекулах углекислого газа, аэрозольных частицах.

В схематичном виде ИАК можно представить в виде расположенных на одной оптической оси оптического передатчика (состоящего из излучающего ИК - диода и линзы, формирующий узконаправленный луч) и оптического приемника (состоящего из оптической линзы, в фокусе которой расположена непосредственно площадка фотодиода) (рис.1.3.6).

Расчет оптической системы сводится к определению доли излученной ИК мощности, попадающий на фотоприемник. Очевидно, что чем это доля больше, тем эффективнее передача оптического сигнала от передатчика к приемнику. Падение информационного оптического сигнала за счет расхождения оптического пучка упрощенно определяется в соответствии с законами геометрической оптики отношением площади оптического пятна в плоскости линзы фотоприемника к площади линзы фотоприемника. Т. е. на площадь линзы фотоприемника падает часть ИК - излучения пропорциональная отношению

. (1.3.1)

В соответствии с законом геометрической оптики:

. (1.3.2)

Стандарт IrDA включает в себя стек протоколов двух согласованных обязательных уровней: физический уровень и программный уровень.

Физический уровень. Он включает в себя IrPL. Этот протокол устанавливает стандарты для ИК - трансиверов, методов модуляции и схемы кодирования/декодирования, а также ряд физических параметров. Для стандарта IrDA схема кодирования аналогична используемой в традиционной UART: старт - бит («0») и стоп-бит («1») добавляются перед и после каждого байта соответственно. Но вместо схемы NZR (Non-Return to Zero - код без возвращения к нулю) используется кодировка, подобная RZ (Return to Zero - код с возвращением к нулю), т. е. двоичный «0» кодируется единичным импульсом, а «1»- его отсутствием.

Программный уровень. Он включает в себя IrLAP и IrLMP. Данный протокол базируется на существующих стандартах асинхронной полудуплексной передачи данных. Инфракрасная технология поддерживает только однонаправленную передачу информации, поэтому, вследствие полудуплексной природы, возникла архитектура с одним главным (первичным) и множественными подчиненными (вторичными) устройствами. Схема обращения устройств представляет собой обычный протокол обмена данными, где есть фазы запросов (Request) и ответов (Response). Так, первичное устройство отвечает за организацию соединения, обработку ошибок, и посланные им фреймы называются управляющими (Command Frames), а пакеты вторичных устройств именуются ответными (Response Frames). Обмен информацией идет только с первичным устройством, которое всегда выступает инициатором соединения, однако его роль может играть любое из устройств, поддерживающих необходимые для этого функции.

Прежде чем начнется обмен данными между ИК- устройствами, один из них получает статус ведущего, а другие - ведомых. Происходит процесс идентификации всех устройств доступные ведущему устройству. Затем ведущее устройство пытается определить, наличие ИК - активности в пределах его досягаемости (например, передача информации в ИК - диапазоне между соседними двумя устройствами). Если результат проверки утвердительный, то передача информации откладывается. Если же результат проверки отрицательный, то начинается передача данных. Поскольку оба соединяющихся устройства могут быть компьютерами (а не компьютер и принтер, или клавиатура, мышь), то любое из них может быть ведущим. Выбор зависит от того, какое устройство первым проявит инициативу. Максимальный квант передачи (по длительности) может быть равен 100, 200 или 500 мс. Это число представляет собой максимальный интервал времени, в течение которого устройство передает данные до того, как перейдет к прослушиванию подтверждения приема и зависит от скорости передачи, емкости буфера в принимающем устройстве.

Протокол IrLAP устанавливает правила доступа к ИК-среде, процедуры открытия канала, согласование абонентов сети, обмена информацией и т. д. Хотя IrLAP и обязательный уровень IrDA, но не все его особенности являются таковыми. Любая станция, не принимающая в данный момент времени участия в обмене, перед тем как начать передачу, должна прослушивать канал не менее 500 мс, чтобы убедиться в отсутствии трафика. С другой стороны, станция, участвующая в обмене, должна вести передачу не более 500 мс. IrLAP допускает передачи без установления предварительного соединения. По своей природе такая передача является широковещательной и не требует получения подтверждения станции получателя. Процедура открытия канала в этом случае предусматривает обмен ID (identifier - идентификационная информация). Инициатор широковещательного обмена передает ID предопределенное количество раз и прослушивает канал в интервалах (слот) между ссылками. Станция-получатель случайным образом выбирает слот и посылает в ответ свой ID. При установлении соединения обмен данными, объем которых не должен превышать 64 байта, осуществляется со скоростью 9,6 кбит/с. После того, как соединение установлено, скорость обмена и величина пакета данных могут быть по «договоренности» увеличены до максимальных. Кроме пользовательской информации, пакет также содержит специальные данные, служащие для управления потоком. На рис.1.3.7 изображен общий вид пакета данных IrDA технологий.

Заголовок пакета состоит из двух полей по 8 бит: адресного (идентификатор соединения) и управляющего. Различают три формата управляющего поля: ненумерованный (U), супервизорный (S) и данных (I). Соответственно существует три формата передаваемых пакетов. Поле данных присутствует только у первого и последнего вида пакетов, оно не ограничено по длине, но число бит в нем должно быть кратно 8. Формат U используется для операций соединения и разъединения, информирования об ошибках и передачи данных, если нет необходимости в нумерации последовательностей. Формат S применяется для процедуры «опрос-подтверждение» между первичным и вторичным устройствами. И наконец, формат I предназначены для передачи данных. Их контрольное поле содержит номер пакета в последовательности, помогающей принимающему устройству отслеживать нарушения очередности. Форматы S и I могут нести номер пакета, который ожидается на входе устройства-приемника. Счетчик позволяет идентифицировать только 8 пакетов, таким образом, номер следующего ожидаемого приемником пакета может высылаться только по получении нескольких промежуточных пакетов. Величина, определяющая их количество, называется размером окна. Четвертый бит контрольного поля у пакета, сгенерированного первичным устройством, означает запрос данных, а в ответном пакете он играет роль конечного бита (final-bit), сигнализирующего о завершении передачи.

Помимо описанных процедур существуют и другие: разрешение конфликтов адресов, изменение роли станции «первичная-вторичная» и т. д.

Протокол IrLMP определяет правило управления каналом и является обязательным, однако его некоторые особенности могут быть опциональны. Каждое устройство IrDA содержит таблицу сервисов и протоколов, доступных в настоящий момент. Эта информация может запрашиваться у других устройств. Протокол IrLMP содержит два компонента: LM-IAS (Link Management - Information Access Service - служба доступа к информационной базе) и LM-MUX (Link Management - MUltipleXed - служба мультиплексирования). LM-IAS управляет информационной базой так, что станции могут запросить, какие службы предоставляются. LM-MUX выполняет мультиплексирование каналов поверх одного соединения, устанавливаемого протоколом IrLAP. IrLMP функционирует в двух режимах: мультиплексирования и эксклюзивном. Первый позволяет разделять одно физическое соединение нескольким задачам, второй отдает все ресурсы одному-единственному приложению. Также предусмотрено три варианта доступа: с установлением предварительного соединения, без установления предварительного соединения и режим сбора информации о возможностях, сервисах и приложениях удаленного устройства.

В настоящее время ИК - технологии практически вытеснены более современными способами связи, такими как WiFi и Bluetooth. Вопреки распространенному мнению, основной причиной отказа от IrDA была вовсе не низкая скорость передачи данных, а ограниченная дальность действия и требования прямой видимости пары приемник-передатчик. Не смотря на это, разработки в этой области ведутся по сей день.

1.3.2.2. Технология Bluetooth

Bluetooth - это современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и т. д. Работы по созданию Bluetooth компания Ericsson Mobile Communication начала в 1994 году. Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth SIG (Bluetooth Special Interest Group- консорциум по технологии Bluetooth), которая была основана в 1998 году. В неё вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Название новой технологи связано с именем короля Харольда I Блаатанда (в поздней транскрипции - Bluetooth, Синезуб), объединившего Данию с Южной Швецией и Южной Норвегией в единое Датское Королевство. Уже в 2000 году в Bluetooth SIG входили 1883 фирм. Новую технологию поддержали производители элементной базы, программного обеспечения, портативных компьютеров, сотовых телефонов, звуковоспроизводящей аппаратуры и т. д. Сегодня стандарт Bluetooth признан всем мировым сообществом. Между Bluetooth SIG и IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers- Институт инженеров по электротехнике и электронике) было достигнуто соглашение, в соответствии с которым спецификация Bluetooth вошла в стандарт IEEE 802.15. Стандарт был опубликован 14 июня 2002 года. Ниже перечислены все версии технологии Bluetooth:

1. Bluetooth 1.0. Устройства версий и 1.0b имели плохую совместимость между продуктами различных производителей. В 1.0 и 1.0b была обязательной передача адреса устройства на этапе установления связи, что делало невозможной реализацию анонимности соединения на протокольном уровне и было основным недостатком данной спецификации;

2. Bluetooth 1.1. В Bluetooth 1.1 было исправлено множество ошибок, найденных в 1.0b, добавлена поддержка для нешифрованных каналов, индикация уровня мощности принимаемого сигнала. Скорость передачи данных достигает до 55 кбит/с;

3. Bluetooth 1.2. В версии 1.2 была добавлена технология адаптивной перестройки рабочей частоты, что улучшило сопротивляемость к электромагнитным помехам путём использования разнесённых частот в последовательности перестройки. Также увеличилась скорость передачи (до 721 кбит/с) и добавилась технология, которая улучшала качество передачи голоса путём повторения повреждённых пакетов;

4. Bluetooth 2.0 + EDR. Bluetooth версии 2.0 был выпущен 10 ноября 2004 г. Имеет обратную совместимость с предыдущими версиями 1.x. Основным нововведением стала поддержка EDR (Enhanced Data Rate - увеличенная скорость передачи данных) для ускорения передачи данных. Номинальная скорость EDR около 3 Мбит/с, однако, на практике это позволило повысить скорость передачи данных только до 2,1 Мбит/с. Дополнительная производительность достигается с помощью различных радио технологий для передачи данных;

5. Bluetooth 2.1. Был разработан в 2007 году. Добавлена технология расширенного запроса характеристик устройства, энергосберегающая технология Sniff Subrating, которая позволяет увеличить продолжительность работы устройства от одного заряда аккумулятора в 3 раза. Кроме того, обновлённая спецификация существенно упрощает и ускоряет установление связи между двумя устройствами, позволяет производить обновление ключа шифрования без разрыва соединения, а также делает указанные соединения более защищёнными.

6. Bluetooth 2.1 + EDR. В августе 2008 года Bluetooth SIG представил версию 2.1+EDR. Новая модель Bluetooth снижает потребление энергии в 5 раз, повышает уровень защиты данных и облегчает распознавание и соединение Bluetooth-устройств благодаря уменьшению количества шагов за которые оно выполняется;

7. Bluetooth 3.0. Была принята Bluetooth SIG 21 апреля 2009 года. Она поддерживает теоретическую скорость передачи данных до 24 Мбит/с. Модули с поддержкой новой спецификации соединяют в себе две радиосистемы: первая обеспечивает передачу данных со скоростью 3 Мбит/с (стандартная для Bluetooth 2.0) и имеет низкое энергопотребление, вторая совместима со стандартом IEEE 802.11 и обеспечивает возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с. Выбор радиосистемы для передачи данных зависит от размера передаваемого файла. Небольшие файлы передаются по медленному каналу, а большие - по высокоскоростному;

8. Bluetooth 4.0. Разработан в декабре 2009 года. Технология, прежде всего, предназначена для миниатюрных электронных датчиков (использующихся в спортивной обуви, тренажёрах, миниатюрных сенсорах, размещаемых на теле пациентов и т. д.). В Bluetooth 4.0 достигается низкое энергопотребление за счёт использования специального алгоритма работы. Передатчик включается только на время отправки данных, что обеспечивает возможность работы от одной батарейки типа CR2032 в течение нескольких лет. Стандарт предоставляет скорость передачи данных в 1 Мбит/с при размере пакета данных 8-27 байт. В новой версии два Bluetooth-устройства могут устанавливать соединение менее чем за 5 мс и поддерживать его на расстоянии до 100 м. Сенсоры температуры, давления, влажности, скорости передвижения и т. д. на базе этого стандарта могут передавать информацию на различные устройства контроля: мобильные телефоны, КПК, ПК и т. п.

Bluetooth устройство - это маленький чип, представляющий собой высокочастотный (24,5 МГц) приёмопередатчик, работающий в диапазоне ISM (Industry, Science and Medicine - промышленный, научный и медицинский). Для использования этих частот не требуется лицензия. Мощность передатчика Bluetooth устройства не превышает 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. Соединение происходит автоматически, как только Bluetooth-устройства оказываются в пределах досягаемости, причем не только в режиме «точка - точка», но и «точка - многоточка». Естественно, для реализации технологии Bluetooth на практике необходимо определенное ПО.

Первое, с чего начинается работа Bluetooth устройства в незнакомом окружении - это процедура device discovery, т. е. 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:

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

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

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

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 пакетов 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 процедура 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. 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.

После всех процедур обнаружения, идентификации и первичных настроек, Bluetooth устройства могут перейти к обмену пользовательской информацией. Спецификация Bluetooth описывает пакетный способ передачи информации с временным мультиплексированием. В радиотракте применен метод FHSS. Исходя из принципов работы FHSS, вся полоса частот подразделена на определенное количество подканалов шириной в 1 МГц. Канал представляет собой псевдослучайную последовательность скачков по 79, 23 или 22 радиочастотным каналам (табл.1.3.1). Каждый канал делится на временные сегменты продолжительностью 625 мкс, причем каждому сегменту соответствует определенная несущая (подканал). Передатчик перестраивается из одной несущей в другую синхронно с приемником. За секунду может происходит до 1600 частотных перестроек. Такое изменение частоты несущего также называется - hopping, а канала - hopping channel. Такой метод обеспечивает конфиденциальность и некоторую помехозащищенность передач. Последняя обусловлена тем, что если переданный по какому либо каналу пакет не был принят, то приемник сообщает об этом, и передача пакета повторяется на одном из следующих подканалов, уже на другой частоте.

Табл.1.3.1.

Страна	Диапазон, МГц	Несущая часто­та под­каналов, МГц	Допустимые номера под­каналов, к
Европа и США	2400,8- 2483,5	2402+к	0… 79
Япония	2471,8- 2497,8	2473+к	0… 23
Испания	2445,8- 2475,8	2449+к	0… 22
Франция	2446,5- 2483,5	2454+к	0… 22

При соединении одного Bluetooth устройства с несколькими другими, устройство которое обслуживает несколько соединений, называется master (или «ведущий»), а подключенные устройства - slave (или «ведомый»). К одному master 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. Разные piconet не синхронизированы друг с другом по времени и частоте. Каждая из них использует свою последовательность частотных скачков. В пределах же одного piconet все устройства синхронизированы по времени и частоте. Для каждого piconet генерируется псевдослучайная последовательность скачков и определяется адресом его master устройства.

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 или slave для различных piconet, но и просто slave для разных piconet. Более наглядно с этой структурой можно ознакомиться на рис.1.3.8.