Что такое Bluetooth?
Bluetooth® беспроводная технология - это беспроводной интерфейс, предназначенный для замены кабелей, соединяющих портативное и фиксированное электронное оборудование. Производители устройств Bluetooth обладают гибкостью, чтобы включать дополнительные функции спецификаций ядра для оптимизации и дифференциации предложений продуктов.
Bluetooth приравнивается к реализации, заданной группой стандартов Bluetooth Core Specification, поддерживаемой отраслевым консорциумом Bluetooth Special Interest Group (SIG). Communications Toolbox™ Library for the Bluetooth Protocol позволяет моделировать Bluetooth low energy (BLE) и Bluetooth basic rate/enhanced data rate (BR/EDR) коммуникационной системы ссылок, как указано в пакете базовой системы [Low Energy Контроллера Volume], том спецификации 6. Это также позволяет исследовать изменения в реализациях для будущей эволюции стандарта. Устройства Bluetooth BR/EDR и BLE работают на той же нелицензированной частоте 2,4 ГГц Industrial, Scientific и Medical (ISM), полосе как Wi-Fi®.
В Bluetooth BR/EDR, радио переходит псевдослучайным способом на 79 обозначенных каналах Bluetooth. Каждый канал Bluetooth BR/EDR имеет полосу пропускания 1 МГц. Каждая частота расположена на (2402 + k) МГц, где k = 0,1,... 78 .
В BLE рабочая радиочастота находится в области значений от 2,4000 ГГц до 2,4835 ГГц включительно. Пропускная способность канала составляет 2 МГц, а операционная полоса разделена на 40 каналов, k = 0,..., 39. Центральная частота kth канал расположен на частоте 2402 + k × 2 МГц.
Сетевая архитектура
Сетевые топологии, поддерживаемые в Bluetooth, включают соединения «точка-точка», «широковещательная» и «сетевая связь». Двухточечное соединение доступно для устройств, работающих в Bluetooth BR/EDR или BLE. Топологии широковещательного и сетевого соединений поддерживаются только для устройств BLE.
Топология соединений «точка-точка» и «точка-несколько точек»
Устройства, использующие двухточечную связь, работают в пиконете. Пикосети «точка-точка» определяют ссылки связи «один-к-одному». Примерами ссылок «точка-точка» являются ссылки между ПК или мобильными телефонами и периферийными устройствами, такими как гарнитуры, принтеры и фитнес-трекеры. Несколько пикосетей соединяются друг с другом в топологии scatternet. Пикосети «точка-много точек» определяют один-несколько ссылки связи устройства.
На этом изображении показан скаттернет из трех пиконетов. Каждая пикосеть показывает одно устройство в роли ведущего (M), с другими устройствами в ролях ведомого (S) или бездействующего (I). На изображении также показано одно устройство (M/S), назначенное ведущей роли в одной пикосети и ведомой в другой пикосети.
scatternet - это сеть ad hoc, состоящая из двух или более пиконет.
Пикосеть определяется как соединение между двумя или более устройствами Bluetooth. Сети Piconets ограничены максимум восемью устройствами, один мастер принимает главную роль в любой момент времени и семь рабов.
Отдельные устройства Bluetooth берут на себя роль ведущих, ведомых или свободных одноранговых устройств в заданной пикосети. Отдельное устройство Bluetooth может взять на себя роль ведомого в одной пикосети, взяв на себя роль ведущего в другой пикосети.
Ведущее устройство предоставляет ссылку на синхронизацию.
Подчиненные устройства являются другими устройствами, которые синхронизируются с тактовой частотой и шаблоном скачкообразного изменения частоты ведущего устройства.
Другие неактивные устройства могут быть расположены в пикосети, но не активны.
Топология широковещательного соединения
Широковещательные пикосети устанавливают единичные ссылки связи для устройств BLE. Примерами широковещательных ссылок являются розничная информация о точке интереса, внутренняя навигация и отслеживание активов.
Топология ячеистых соединений
Mesh-сети устанавливают опцию ссылок связи «многие ко многим» для устройств BLE. Топология Mesh 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 задает требования к сетевым сетям mesh, чтобы использовать совместимое сетевое решение mesh-to-many (m: m) для беспроводной технологии Bluetooth Low Energy (LE). Mesh-сети идеально подходят для крупномасштабных сетей устройств, поддерживающих автоматизацию созданий, сенсорные сети, отслеживание активов и другие решения, требующие надежной и безопасной связи между несколькими устройствами. Bluetooth SIG принял эти спецификации.
Mesh Profile Specification - Определяет основные требования, позволяющие использовать совместимое сетевое решение для беспроводной связи Bluetooth LE.
Mesh Model Specification - Представляет модели, используемые для определения основных функциональных возможностей узлов в сетевой сети.
Свойства Mesh Device - определяет свойства устройства, необходимые для спецификации Mesh Model.
Спецификация модели Mesh Bluetooth определяет категории моделей mesh BLE. Категории модели включают
Модели фундамента
Типовые модели
Датчики
Время и сцены
Подсветка
Все устройства должны реализовать модели основы для сервера строения и сервера работоспособности. Все другие модели в категориях модели являются необязательными и реализованы на основе услуги, которую выполняет устройство BLE.
Как описано в спецификации Mesh Profile Bluetooth, mesh-сети работают как сети, основанные на управляемом наводнении. Устройства используют широковещательные каналы для передачи сообщений другим устройствам, и сообщения передаются вперед другим устройствам, расширяющим область значений исходного сообщения.
Устройство, которое не является представителем mesh сети, упоминается как бездоказательное устройство. Устройство, которое является представителем mesh, известно как узел. Устройства добавляются в mesh с помощью Provisioner. Узлы в mesh сети совместно используют сетевые ключи, которые позволяют им получать и ретранслировать сообщения от других узлов в своей сети или подсети. Сетевые ключи используются для защиты и аутентификации сообщений на слое сети. Не назначенные устройства не могут получать сообщения, поскольку у них нет сетевого ключа для восстановления сообщения.
Продукты Bluetooth
Bluetooth SIG определяет продукт Bluetooth как любой продукт, содержащий реализацию технологии беспроводной связи Bluetooth. Продукты Bluetooth классифицируются как:
Конечный продукт Bluetooth
Продукт подсистемы хоста Bluetooth
Продукт подсистемы контроллера Bluetooth
Продукт подсистемы профиля Bluetooth
Продукт Компонента Bluetooth
Инструмент разработки Bluetooth
Тестовое оборудование Bluetooth
Библиотека Communications Toolbox для протокола Bluetooth предоставляет функции, позволяющие моделировать Bluetooth Host и Контроллер Subsystem Продуктов полностью совместимыми с Bluetooth ссылками с низкоэнергетическими (LE) основными строениями.
Низкоэнергетическое ядро Bluetooth Строения
Спецификация ядра Bluetooth, Том 0, Часть B, Раздел 4.4 задает набор необходимых функций, которые должны быть реализованы для моделирования полностью совместимых ссылок Bluetooth с строением ядра с низким энергопотреблением (LE).
Ядро LE строения задает три основных слоя - Application, Host и Контроллер. Библиотека Communications Toolbox для протокола Bluetooth предоставляет функции для моделирования слоев хоста и контроллера. Требования, определенные в спецификации ядра Bluetooth для хоста и контроллера, включают
| Слой | Подслой | Объем спецификаций Bluetooth | Необходимые функции |
|---|---|---|---|
Хозяин | Протокол управления логической ссылкой и адаптации (L2CAP) | Объемный 3, часть A | Если поддерживается функция GAP Peripheral или Central, L2CAP канал сигнализации LE (CID 0x0005) и все связанные с ним обязательные функции. |
Типовой профиль доступа (GAP) | Объемный 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 атрибута (ATT) | Объемный 3, часть F | Если поддерживается роль GAP Peripheral или Central, все обязательные функции. | |
Профиль типового атрибута (GATT) | Объемный 3, часть G | GATT является обязательным при поддержке ATT. При поддержке все обязательные функции. | |
Менеджер по безопасности (SM) | Объемный 3, часть H | Если поддерживается роль GAP Peripheral или Central, все обязательные функции. | |
Контроллер | Физический (PHY) | Объемный 6, часть A | Все обязательные функции. |
Канальный слой (LL) | Объемный 6, часть B | Все обязательные функции. |
Описание отображения функциональности стека протоколов Bluetooth и образца модели OSI смотрите в Bluetooth Protocol Stack.
Ссылки
[2] «Bluetooth Core Спецификации». Bluetooth Special Interest Group (SIG).
[3] «Дополнение к спецификации ядра Bluetooth, CSS версии 7». Bluetooth Special Interest Group (SIG).
[4] «Дополнение 6 к спецификациям ядра Bluetooth». Bluetooth Special Interest Group (SIG).
[5] «Mesh Profile Bluetooth Спецификации». Bluetooth Special Interest Group (SIG).
[6] «Mesh Model Bluetooth Спецификации». Bluetooth Special Interest Group (SIG).
[7] «Mesh Device Свойств Bluetooth Спецификации». Bluetooth Special Interest Group (SIG).