Interfejsy komunikacji
Interfejsy komunikacji
bezprzewodowej
bezprzewodowej
IrDA, Bluetooth
IrDA, Bluetooth
 WPAN (Wireless Personal Area Network)  sieć o zasięgu
kilku metrów służąca do wymiany informacji pomiędzy
urządzeniami przenośnymi typu notebook, palmtop,
telefon gsm itp. Obecnie do tych celów wykorzystuje się
głównie technologię IrDA i Blutooth. Zasięg do 10m.
WLAN (Wireless Local Area Network)  sieć lokalna
oparta o technologię bezprzewodową. Sieć WLAN
zlokalizowana jest w stosunkowo niewielkim obszarze i
obejmuje niewielką liczbę komputerów, zwykle kilka,
kilkanaście. Sieci IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, Hiperlan2.
Zasięg do 100m
WWAN (Wireless Wide Area Network)  rozległa sieć
komputerowa oparta o technologię bezprzewodową, która
obejmuje dużą liczbę komputerów na dużej przestrzeni i o
dużym zasięgu. Sieci GSM, GPRS, EDGE, UMTS. Zasięg
do 5km.
IrDA - Infrafed Data Association
IrDA - Infrafed Data Association
IrDA jest protokołem transmisji cyfrowych w podczerwieni
rozwijanym od 1993 roku przez stowarzyszenie
Infrared Data Association
Charakterystyka
Charakterystyka
Transmisja typu punkt-punkt (wielo-wielopunkt w AIr),
Zakres fal: 850-900 nm,
Prędkość transmisji:
9,6 kb/s  prędkość podstawowa,
19,2 kb/s, 38,4 kb/s, 57,6 kb/s, 115,2 kb/s (IrDA 1.0 i 1.1)
0,576 Mb/s, 1,152 Mb/s, 4 Mb/s (IrDA 1.1)
16 Mb/s (IrDA 1.4)
Zasięg transmisji: 0-1 m, urządzenia muszą się widzieć,
wiązka o kącie transmisji 30�
Maksymalna liczba aktywnych urządzeń: 2
Emulowanie portów szeregowych i równoległych
Warstwa fizyczna  IrPHy
Warstwa fizyczna  IrPHy
Ze względu na prędkość transmisji
wyróżniamy podział:
SIR (ang. Serial InfraRed) : 2.4kbit/s  115,2kbit/s,
MIR (ang. Medium InfraRed) : 0.576 Mbit/s i
1.152Mbit/s,
FIR (Fast InfraRed) : 4Mbit/s,
VFIR (Very Fast InfraRed) : 16Mbit/s.
UFIR (Ultra Fast InfraRed): 100Mbit/s
Dla częstotliwości transmisji powyżej 0.576Mbit/s stosuje
się ramkowanie danych oraz do przesyłanych danych
wprowadza się sumę kontrolną CRC.
Format ramki MIR
Format ramki MIR
STA: flaga początkowa, 01111110 binarnie,
ADDR: 8-bitowy adres,
DATA: 8-bitowe pole kontrolne plus do 2045 = (2048 - 3) bajtów pola
danych,
FCS: CCITT 16-bitowa CRC
STO: flaga końcowa, 01111110 binarnie.
Format ramki FIR
Format ramki FIR
PA: preambuła, 1000 0000 1010 1000 binarnie,
STA: flaga początkowa, 0000 1100 0000 1100 0110 0000 0110 0000
binarnie,
DD: dane z warstwy IrLAP
32 bitowy CRC
STO: flaga końcowa, 0000 1100 0000 1100 0000 0110 0000 0110
binarnie.
Format ramki VFIR
Format ramki VFIR
PA: preambuła,
STA: flaga początkowa,
Ramka IrLAP: dane z warstwy IrLAP
32 bitowy CRC
FB (Flush Byte): sekwencja pozwalająca na poprawne dekodowanie sumy
kontrolnej,
STO: flaga końcowa,
NULL: sekwencja pozwalająca na zakończenie odbierania pakietu w
przypadku gdyby flaga końca ramki nie została rozpoznana.
Dostęp do łącza  IrLAP
Dostęp do łącza  IrLAP
IrLAP ma zapewnić niezawodny transfer
danych przy użyciu mechanizmów, takich jak:
retransmisja,
sterowanie strumieniem, niskopoziomowe
(low-level),
detekcja błędów.
Dostęp do łącza  IrLAP
Dostęp do łącza  IrLAP
Nawiązywanie połączenia typu IrDA przebiega według
schematu master-slave:
Master
wysyła ramkę inicjującą połączenie i przesyła
danych,odpowiada za strukturę i kontrolę strumienia danych,
kontroluje ilość występujących w transferze błędnych
danych.
Slave
wysyła odpowiedzi (w postaci ramki).
Dostęp do łącza  IrLAP
Dostęp do łącza  IrLAP
Norma przewiduje dwa podstawowe stany funkcjonowania IrLAP:
NDM (Normal Disconnect Mode),
NRM (Normal Response Mode).
NDM jest domyślnym stanem rozłączonego urządzenia. Urządzenia w
tym stanie badają zajętość medium przed transmisją. Jeśli nie została
wykryta żadna aktywność innego urządzenia przez okres dłuższy niż
500 ms, to wtedy medium jest postrzegane jako zdolne do
ustanowienia połączenia. Podczas procesów łączenia dwie strony
wymieniają informacje i szukają parametrów najlepszych dla każdej z
nich.
NRM jest trybem funkcjonowania połączonych urządzeń. Kiedy obydwie
strony prowadzą dialog, opierając się na wynegocjowanych w trakcie
stanu NDM parametrów komunikacyjnych.
Format ramki IrLAP
Format ramki IrLAP
adres (A)  pole identyfikujące adres dla drugiej
stacji (odbiornika/nadajnika w innej warstwie),
kontrola (C)  pole, które określa funkcję danej
ramki,
opcjonalna informacja (I)  pole zawierające
dane.
Zarządzanie łączem  IrLMP
Zarządzanie łączem  IrLMP
Funkcje IrLMP:
Multipleksowanie  LMP umożliwia funkcjonowanie w
jednym łączu IrLAP wielu klientów IrLMP,
Detekcja  rozwiązywanie konfliktów adresów.
Usługi IrLMP:
Device Discovery  wykrywa dodatkowe urządzenia,
Connect  tworzy połączenie między parą usług na
poziomie LMP,
Data  wysyła dane tam i z powrotem,
Disconnect  koniec połączenia LMP.
IrDA  Podsumowanie
IrDA  Podsumowanie
Zalety interfejsu:
prędkość oraz efektywna łączność połączenia,
brak konieczności stosowania połączeń kablowych,
niska cena.
Wady interfejsu:
konieczność  widzenia się urządzeń,
brak możliwości zastosowania standardu w przypadku,
gdy nadajnik znajduje się w ruchu.
Bluetooth
Bluetooth
Początek technologii Bluetooth sięga 1994 roku (rynkowa
premiera w roku 2000),
Ericsson, IBM, Intel, Nokia i Toshiba założyło grupę SIG
(Special Interest Group), której zadaniem jest opracowanie
specyfikacji i wdrożenie technologii,
Nazwa Bluetooth (ang. niebieski ząb) pochodzi od nazwiska
duńskiego króla, Haralda Sinozębego, który stworzył
Zjednoczone Królestwo Danii i Norwegii.
Bluetooth korzysta z nielicencjonowanego pasma ISM (2,4
GHz), używanego w większości krajów w przemyśle i nauce,
Szybkość transmisji do 1Mb/s,
Zasięg do 10m, możliwość zwiększenia mocy i osiągnięcia
zasięgu do 100 metrów,
Charakterystyka
Charakterystyka
Struktura hierarchiczna  najmniejsze jednostki (tzw.
pikosieci) składają się z maksymalnie 8 urządzeń,
W jednym obszarze może być aktywnych do 80
urządzeń,
Bezpieczna transmisja danych (dzięki szybkim
zmianom częstotliwości  1600 razy na sekundę).
Sieć Bluetooth składa się z piconetów (pikosieci),
Każdy piconet to 1 master i 7 slave ów,
Każdy slave może być masterem dla zagnieżdżonej
pikosieci,
Połączone w strukturę drzewiastą i odseparowane od
zewnątrz piconety tworzą scatternet.
Warstwy protokołów Bluetooth
Warstwy protokołów Bluetooth
Adresowanie
Adresowanie
Aktywne urządzenia posiadają własny, 3-bitowy adres
MAC (AM_ADDR)  identyfikator w pikosieci,
Adres urządzenia (BD_ADDR) to unikalna, 48 bitowa
sekwencja identyfikująca każde z urządzeń, składająca
się z 3 części:
 LAP (Lower Address Portion) 24 bitów
 NAP (Non-significant Address Portion) 16 bitów
 UAP (Upper Address Part) 8 bitów
Stany urządzeń
Stany urządzeń
STANDBY  stan uśpienia, co 1.28s urządzenie
nasłuchuje na 32 częstotliwościach,
HOLD  master przyłącza slave a lub slave żada
przyłączenia,
SNIFF  urządzenie aktywne w sieci, lecz nasłuchuje
tylko wybranych pakietów,
PARK  służy do wyłączenia urządzenia z aktywnej
transmisji.
Połączenie inicjalizowane jest przez dowolne
urządzenie
wiadomość PAGE  gdy urządzenie jest znane. Master
wysyła 16 identycznych wiadomości na 16
częstotliwościach, po 1.28s na kolejnych 16
częstotliwościach  znalezienie slave a zajmuje
maksymalnie 2.56s.
wiadomość PAGE poprzedzonej wiadomością
INQUIRY  gdy urządzenie nie jest znane (znajdowanie
urządzenia o nieznanym MAC)
Kanały transmisyjne
Kanały transmisyjne
Kanał synchroniczny (głos) SCO (ang. Synchronous Connection - Oriented) :
64kb/s w każdą stronę
Kanał asynchroniczny (dane) ACL (ang. Asynchronus Connection - Less) :
symetryczny kanał 432.6kb/s w każdą stronę,
niesymetryczny  721kb/s w jedną i 57.6kb/s w drugą stronę,
Kanał mieszany (głos i dane).
Kanał podzielony jest na szczeliny czasowe, z których każda odpowiada jednej z
1600 częstotliwości i trwa 625źs,
Szczeliny są ponumerowane od 0 do 227-1,
Podczas trwania szczeliny master i slave mogą transmitować swoje pakiety,
Szczeliny nieparzyste  transmisja slave a,
Szczeliny parzyste  transmisja mastera,
Przykład
Przykład
Kanały transmisyjne
Kanały transmisyjne
Binarna modulacja FM (GFSK -Gaussian
Frequency Shift Keying )  transmisja danych,
Kodowanie CVSD (Continuous Variable Delta
Modulation)  transmisja głosowa.
Format pakietów Bluetooth
Format pakietów Bluetooth
Access Code - kod dostępu. Każdy z pakietów rozpoczyna się takim polem,
Header  nagłówek, zawiera Link Controller (LC)  jeden z kanałów
logicznych, zarządzający połączeniami pomiędzy urządzeniami Bluetooth,
Payload  pole z danymi (data, voice) przeznaczone dla warstw wyższych.
Kod dostępu jest identyczny dla wszystkich urządzeń i ramek przesyłanych w danej
 pikosieci .
Typy kodu dostępu
kod dostępu do kanału - używany przy normalnej wymianie ramek
kod dostępu do urządzenia (procedury synchronizacji)
kod zapytania (sprawdzanie jakie stacje są w zasięgu  pikosieci )
Nagłówek ramki
3-bitowy adres MAC stacji aktywnej; adres złożony z samych zer oznacza ramkę
rozgłoszeniową
4-bitowy kod typu ramki - identyfikujący w szczególności rodzaj połączenia
bit kontroli przepływu - używany do sterowania przepływem ramek w łączu
ACL
bit wskaz
nika powiadamiania - informuje z
ródło o nieudanym przekazie
(używany w nagłówku ramki przesyłanej zwrotnie)
bit wskaz
nika kontroli sekwencyjności przesyłanych ramek
8-bitowy ciąg zabezpieczeń kodowych nagłówka HEC (ang. Header Error
Control)
Korekcja błędów
Korekcja błędów
Nadmiarowe zabezpieczenie typu FEC (Forward Error
Correction) o współczynniku 1/3.
 polega na powtarzaniu bitu informacji przez czas trwania dwóch
następnych. W odbiorniku decyzja jaki bit ma zostać odczytany jest
podejmowana w sposób większościowy (jaka wartość bitu znajduje się
na minimum dwóch pozycjach).
Nadmiarowe zabezpieczenie typu FEC o współczynniku 2/3.
 wykorzystuje kody Hamminga. W rezultacie działania tego
zabezpieczenia każde 10 bitów informacyjnych kodowane jest na 15
bitach. Za pomocą tego typu można skorygować wszystkie błędy
pojedyncze oraz wykryć wszystkie podwójne.
Zabezpieczenie typu ARQ (Automatic Repeat Request).
 polega na powtarzaniu transmitowanego pakietu aż do uzyskania
potwierdzenia lub do upłynięcia czasu oczekiwania na potwierdzenie.
Bluetooth - Podsumowanie
Bluetooth - Podsumowanie
Zalety Bluetooth:
wykorzystuje tanie łącze radiowe,
przesyłanie głosu i danych różnej postaci np.
obrazów,
brak połączeń kablowych,
coraz powszechniej stosowany interfejs,
szerokie zastosowanie, od zabawek po
skomplikowane urządzenia elektroniczne.