Беспроводная технология Bluetooth ® - это воздушный интерфейс, предназначенный для замены кабелей, соединяющих портативное и стационарное электронное оборудование. Производители устройств Bluetooth обладают гибкостью для включения дополнительных функций спецификации ядра для оптимизации и дифференциации предложений продуктов.
Bluetooth приравнивается к реализации, определенной группой стандартов Bluetooth Core Specification, поддерживаемой промышленным консорциумом Bluetooth Special Interest Group (SIG). Библиотека Communications Toolbox™ Library для функций протокола Bluetooth позволяет моделировать каналы связи Bluetooth с низкой энергией (BLE) и базовой скоростью передачи данных Bluetooth/повышенной скоростью передачи данных (BR/EDR), как указано в основном системном пакете [Low Energy Controller Volume], Specification Volume 6. Она также позволяет изучить варианты реализации для будущего развития стандарта. Устройства Bluetooth BR/EDR и BLE работают в той же нелицензионной полосе частот 2,4 ГГц, что и Wi-Fi ®.
В Bluetooth BR/EDR радиоприемник перескакивает псевдослучайным образом по 79 назначенным каналам Bluetooth. Каждый канал Bluetooth BR/EDR имеет пропускную способность 1 МГц. Каждая частота расположена на (2402 + k) МГц, где k = 0,1,... 78 .
В BLE рабочая радиочастота находится в диапазоне от 2,4000 ГГц до 2,4835 ГГц включительно. Полоса пропускания канала составляет 2 МГц, а рабочая полоса разделена на 40 каналов, k = 0,..., 39. Центральная частота k-го канала расположена на 2402 + k × 2 МГц.
Сетевые топологии, поддерживаемые в Bluetooth, включают двухточечное, широковещательное и ячеистое подключение. Двухточечное подключение доступно для устройств, работающих в Bluetooth BR/EDR или BLE. Топологии широковещательных и ячеистых соединений поддерживаются только для устройств BLE.
Устройства, использующие двухточечную связь, работают в пикосети. Двухточечные пикосети определяют линии связи между устройствами. Примерами двухточечных соединений являются соединения между ПК или мобильными телефонами и периферийными устройствами, такими как гарнитуры, принтеры и фитнес-трекеры. Несколько пикосетей соединяются друг с другом в топологии рассеяния. Пикосети «точка-много точек» определяют один или несколько каналов связи устройства.
Это изображение показывает рассеяние трех пикосетей. Каждая пикосеть показывает одно устройство в роли ведущего (M), а другие устройства в роли ведомого (S) или свободного (I). На изображении также показано одно устройство (M/S), которому назначена роль хозяина в одной пикосети, и подчиненное устройство в другой пикосети.
Рассеиватель - это сеть ad hoc, состоящая из двух или более пикосетей.
Пикосеть определяется как соединение между двумя или более устройствами Bluetooth. Сети пикосетей ограничены максимум восемью устройствами, при этом один мастер принимает роль хозяина в любой данный момент времени и семь рабов.
Отдельные устройства Bluetooth выполняют роль ведущих, подчиненных или незанятых одноранговых устройств в данной пикосети. Отдельное устройство Bluetooth может выполнять роль подчиненного в одной пикосети, а роль ведущего в другой пикосети.
Ведущее устройство обеспечивает опорный сигнал синхронизации.
Ведомые устройства являются другими устройствами, которые синхронизируются с шаблоном скачкообразного изменения частоты и тактовой частоты ведущего устройства.
Другие свободные устройства могут быть расположены в пикосети, но не являются активными.
Вещательные пикосети устанавливают линии связи «один ко многим» для устройств BLE. Примерами каналов вещания являются информация о точках, представляющих интерес для розничной торговли, навигация внутри помещений и отслеживание активов.
Ячеистые сети устанавливают опции каналов связи «многие ко многим» для устройств BLE. Топология ячеистой сети позволяет создавать крупномасштабные сети устройств. Mesh идеально подходит для систем управления, мониторинга и автоматизации, которые требуют надежной и безопасной связи между тысячами устройств.
Bluetooth SIG определяет требования к сетевым сетям для обеспечения возможности взаимодействия между многими (m: m) сетевыми сетями для технологии беспроводной связи Bluetooth с низким энергопотреблением (LE). Ячеистые сети идеально подходят для крупномасштабных сетей устройств, поддерживающих автоматизацию зданий, сети датчиков, отслеживание активов и другие решения, требующие надежной и безопасной связи между несколькими устройствами. Bluetooth SIG принял эти спецификации.
Спецификация профиля ячеистой сети - определяет основные требования для обеспечения возможности взаимодействия сетевого решения ячеистой сети для беспроводной технологии Bluetooth LE.
Спецификация ячеистой модели (Mesh Model Specification) - введение моделей, используемых для определения основных функциональных возможностей узлов в ячеистой сети.
Свойства устройства сетки (Mesh Device Properties) - определяет свойства устройства, необходимые для спецификации модели сетки.
Спецификация модели сетки Bluetooth определяет категории моделей сетки BLE. Категории модели включают
Модели фундаментов
Типовые модели
Датчики
Время и сцены
Освещение
Все устройства должны реализовывать базовые модели для сервера конфигурации и сервера работоспособности. Все остальные модели в категориях моделей являются необязательными и реализуются на основе услуг, выполняемых устройством BLE.
Как описано в спецификации Bluetooth профиля ячеистой сети, ячеистые сети работают как управляемые сети на основе потоков. Устройства используют широковещательные каналы для передачи сообщений другим устройствам, и сообщения передаются вперед другим устройствам, расширяющим диапазон исходного сообщения.
Устройство, которое не является членом ячеистой сети, называется недоказанным устройством. Устройство, являющееся членом ячеистой сети, называется узлом. Устройства добавляются в ячеистую сеть модулем Provisioner. Узлы в ячеистой сети совместно используют сетевые ключи, которые позволяют им получать и передавать сообщения от других узлов в своей сети или подсети. Сетевые ключи используются для защиты и аутентификации сообщений на сетевом уровне. Недоказанные устройства не могут получать сообщения, так как у них нет сетевого ключа для восстановления сообщения.
Bluetooth SIG определяет продукт Bluetooth как любой продукт, содержащий реализацию беспроводной технологии Bluetooth. Продукты Bluetooth классифицируются как:
Конечный продукт Bluetooth
Подсистема хоста Bluetooth
Подсистема контроллера Bluetooth
Подсистема профилей Bluetooth
Компонент Bluetooth
Средство разработки Bluetooth
Тестовое оборудование Bluetooth
Библиотека Communications Toolbox Library для Bluetooth Protocol предоставляет функции, позволяющие моделировать продукты Bluetooth Host and Controller Subsystem с полностью совместимыми каналами Bluetooth с базовой конфигурацией с низким энергопотреблением (LE).
Спецификация ядра Bluetooth, Volume 0, Part B, Section 4,4 определяет набор необходимых функций, которые должны быть реализованы для моделирования полностью совместимых связей Bluetooth с конфигурацией ядра с низкой энергией (LE).
Конфигурация ядра LE определяет три основных уровня - приложение, хост и контроллер. Библиотека Communications Toolbox Library для протокола Bluetooth предоставляет функции для моделирования уровней хоста и контроллера. Требования, определенные в спецификации ядра Bluetooth для хоста и контроллера, включают
| Слой | Подслой | Том спецификации Bluetooth | Необходимые функции |
|---|---|---|---|
Хозяин | Протокол управления логическими каналами и адаптации (L2CAP) | Объем 3, часть А | Если поддерживается роль периферийного или центрального GAP, L2CAP канал сигнализации LE (CID 0x0005) и все связанные с ним обязательные функции. |
Общий профиль доступа (GAP) | Объем 3, часть C | Все обязательные функции по крайней мере для одной из ролей LE GAP (Broadcaster, Observer, Peripheral или Central) в разделах 9-12 и 15. | |
Профиль атрибутов (ATT) | Объем 3, часть F | Если поддерживается роль Периферийное устройство GAP или Центральное устройство, все обязательные функции. | |
Профиль родовых атрибутов (GATT) | Объем 3, часть G | GATT является обязательным, если поддерживается ATT. При поддержке все обязательные функции. | |
Менеджер по безопасности (SM) | Объем 3, часть Н | Если поддерживается роль Периферийное устройство GAP или Центральное устройство, все обязательные функции. | |
Диспетчер | Физический (PHY) | Объем 6, часть А | Все обязательные функции. |
Канальный уровень (LL) | Объем 6, часть B | Все обязательные функции. |
Описание сопоставления между функциональностью стека протоколов Bluetooth и эталонной моделью OSI см. в разделе Стек протоколов Bluetooth.
[2] «Спецификация ядра Bluetooth». Группа специальных интересов Bluetooth (SIG).
[3] «Дополнение к спецификации ядра Bluetooth, CSS версии 7». Группа специальных интересов Bluetooth (SIG).
[4] «Приложение 6 к спецификации ядра Bluetooth». Группа специальных интересов Bluetooth (SIG).
[5] «Спецификация Bluetooth профиля сетки». Группа специальных интересов Bluetooth (SIG).
[6] «Спецификация Bluetooth для модели ячеистой сети». Группа специальных интересов Bluetooth (SIG).
[7] «Спецификация Bluetooth свойств устройства ячеистой сети». Группа специальных интересов Bluetooth (SIG).