Увод

Bluetooth. Тази безсмислена като превод дума (буквалния й превод е "син зъб") все по-често се среща в материалите, посветени на компютрите. Най-вероятно вие знаете, че става дума за технология, чрез която се изграждат безжични мрежи, в които могат да участват не само компютри, но и други устройства - например мобилни телефони или дори апарати от домашния ни интериор - печки, хладилиници...

Технологии за безжично свързване са били разработвани и преди Bluetooth, но по една или друга причина нито една от тях не е получила широко разпространение. От друга страна, има причини, който не позволяват на Bluetоoth да увеличи своя дял при текущо използваните интерфейси. Ето някои от тях:

• висока (засега) производствена цена на необходимата за функционирането на интерфейса елементна база
• липса на добра поддръжка на ниво операционна система (може да бъде решено с написване на драйвери)
• липса на интерес от страна на производителите да предлагат устройства с Bluetooth интерфейс
• нерешени проблеми със запазването на неприкосновеността на обменяните между устройствата данни (лесно се прихващат и декодират от разстояние)
• ниска скорост на предаване на данни
• малък обхват на устройствата

От друга страна, има предимства, които може би ще помогнат на тази технология да си изгради добро бъдеще (на Bluetooth в сегашния му вид или на негов наследник, изчистен от недостатъците на предшественика):

• добре обмислена структура
• неотклонно намаляваща цена на хардуерния модул (едночипово решение)
• поддръжка от страна на консорциум, основан през 1998 г, със свободно безплатно членство, в който членуват над 2000 компании, между които IBM, Intel, Nokia, Erricson, Toshiba, 3COM, Lucent, Microsoft.

Конструкция и основни параметри

Конструктивно, най-грубо погледнато, Bluetooth-устройството представлява хардуерен модул (обособен или интегриран, изпълняващ функциите на радиопредавател/приемник под управлението на драйвер. Приемо-предавателят според спецификациите трябва да работи в честотния диапазон от 2400 - 2483,5 MHz, който е свободен за използване в повечето държави и не изисква лицензиране. Съществуват държави като Франция и Япония, в които част от този диапазон се използва и за други цели, там диапазонът за тези устройства е стеснен до 2445-2475 MHz (Испания), 2446,5-2483,5 (Франция).

Ericsson Bluetooth модул (увеличен)

Разстояние, на което могат да се отдалечат две устройства е около 20-30 метра (типичното разстояние обикновено не надвишава 10 метра), но се работи по удължаването му. В замяна на това, няколко Bluetooth устройства могат да се свържат в мрежа и през стена (стени) или на няколко етажа в една сграда, без да има необходимост от пряка видимост или външна антена, по същия начин, по който могат да се свързват IEEE 802.11 устройствата, разгледани по-подробно в материала за безжичните комуникационни устройства.

Широчината на канала е 723,2 Kb/sec. за устройства, работещи в асинхронен режим, и 433,9 Kb/sec. за работещите в синхронен режим.

Когато по канала е се предават данни, могат да бъдат предавани 3 аудиоканала, като всеки едни от тях поддържа 64 Kb/sec. синхронен пренос. Допуска се съставен сигнал от данни и аудио.

Bluetooth има и друга, отличваща го от останалите технологии особеност: различните Bluetooth устройства влизат в контакт едно с друго автоматично, веднага след като попаднат в обсега на приемо-предавателя, а за установяването на връзката, аутентификацията и др. се грижи програмното осигуряване.

Принцип на действие

Запознаването със спецификациите на Bluetooth стандарта, версия 1.1, официално излязла на 1 декември 2000 г. (първите спецификации на стандарта са от октомври 1998 г.), ми отне доста време, като се има предвид, че само публичния документ е съставен от 1084 страници (ако не вярвате, свалете си го във формат PDF от сайта), и съвсем не мога да кажа с ръка на сърцето, че съм успял да прочета и да разбера всичко, съдържащо се в него. Но ето някои данни, все пак...

Едно от големите предимства на Bluetooth е, че устройството, поддържащо стандарта, влизайки в обхват може да установи връзка не с едно, а с множество други, поддържащи тази технология, като не е задължително те да си взаимодействат активно.

Устройство, обменящо активно информация с други устройства, според терминологията на Bluetooth се нарича master, a устройствата, с които то комуникира активно се наричат slave, като максималния брой slave устройства може да бъде 7. Освен това може да съществуват още неограничен брой неактивни slave устройства, които са установили връзка с него, макар, че са синхронизирани с master, не обменят данни с последния, очаквайки освобождаване на свободно място, за да осъществят преноса на данни. Такъв тип връзка между устройствата се нарича piconet. В рамките на една piconet връзка може да има само едно master устройство, но когато е необходимо, свързаното с него slave може да смени статуса си на master, образувайки своя pinocet структура. Този тип сложна съставна структура носи наименованието scatternet, в която всяко едно устройство може да бъде едновременно и master и slave, в зависимост от конкртената ситуация и мястото му в структурата.

По този начин една scatternet мрежа от Bluetooth устройства е един, образно казано, динамично променящ се организъм, преобразуващ структурата си според текущите нужди (в зависимост от това, към кои точки от мрежата се комутират новите устройства).

Разбира се, за да се избегне дублирането на устройствата и други нежелани отклонения, всяко устройство, освен уникалното си име, взаимодейства с другите, използвайки различен канал за връзка, на различна честота и с различен от другите параметър hopping, характеризиращ hopping channel (хопинг-канал). Хопинг (hopping)-това е периодична промяна на честотата, определяна от параметъра hopping sequence. По спецификация, пълният вариант на която можете да намерите на www.bluetooth.com, включваща 10 варианта на hopping sequence. При всеки от тези десет варианта честотата се променя 1 600 hops/sec.

Ето какво представлява най-просто казано процеса установяване на връзка на ново устройство, попаднало в обхвата на друго (други) Bluetooth устройства. Първоначално всяко Bluetooth устройство, попадайки в някакво пространствено положение, извършва претърсване на каналите за свързване, търсейки други устройства. Този режим носи името Device Discovery, и, в зависимост от това, в кой от описаните режими се намират евентуално откритите устройства, се установява или не връзка. Тези устройства може да се намират в няколко режима:

• discovery mode-устройствата, работещи при този режим се намират в готовност да приемат установяващите връзка процедури.
• limited diskoverable mode-при този режим устройствата приемат връзката само при спазване на някои условия (например ограничено време).
• non-discoverable mode-този режим се използва когат устройствата не трябва да приемат нови запитвания.

Освен всичко това, устройствата, намиращи се в някои от първите два режима могат да пребивават и в connectable или non-connectable mode. Ако устройството е в първия mode, устройствата разменят служебна информация, настройвайки специфични параметри на връзката помежду им.

От друга страна при положение, че устройството е във втория mode, то може да бъде открито от участници в сеанса, но не позволява установяване на някои параметри на връзката и респективно, приемането и предаването на данни.

На следващия етап се извършва прочитането на имената на всички достъпни Bluetooth устройства. Според спецификациите, освен, че разполага с уникален мрежов адрес, всяко устройство на ниво потребител оперира със собствено име. Името на устройството може да бъде с дължина до 248 байта, като не задължително то да бъде уникално в рамките на една мрежа от Bluetooth устройства.

Bluetooth устройствата имат много ценно свойство, определено от спецификациите, което му позволява автоматично, при установена връзка с друго устройство, автоматично да се включи към списъка с предоставените от последното (или последните) услуги. За това се "грижи" протоколът Service Discovery Protocol (SDP).

Последното нещо, върху което бих искал да се спра, е болният въпрос със защитата на данните. Технологията за защитата им е вградена в самия протокол, като съществуват три режима за защита:

1. Security mode 1 (non secure) - устройството няма право да активира защитни механизми.
2. Security mode 2 (service level enforced security) - устройството не активира защитни механизми, докато не бъде свързано с друго, след което механизмът за защита се активира в съответствия с типа и изискванията на използваните служби.
3. Security mode 3 (link level enforced security) - защитният механизъм се активира още по време на установаване на връзката, като ако някое от устройствата не отговаря на изискванията, то няма да може да се свърже.

Security mode 2 и 3 могат да се използват съвместно, което още увеличава нивото на защита, като основата за най-високата степен на защита в Security mode 3 е сеансовият ключ, или Bond. Сеансовият ключ се генерира в процеса на свързване на двете устройства, и се използва за идентифициране и криптиране на данните. Макар че системата за защита на стандарта Bluetooth използва множество известни и специфични методи за защита, очебийно е това, че съществува възможност за прихващане на трафика и разшифроването на данните впоследствие - нещо, което е един сериозен недостатък на безжичните комуникации и кето трябва да се има предвид.

Приключвам до тук с теорията и преминавам направо към практиката, или по-точно реалното използване на два Bluetooth адаптера, произведени от фирма Epox, предназначени за включване към USB 1.1 интерфейс, който по никакъв начин не би могъл да намали максималната възможна скорост на пренос на данни, на които са способни устройствата, по една проста причина - скоростта на обмен на данни посредством USB 1.1 интерфейс многократно надвишава теоретично възможната за сегашното поколение Bluetooth устройства.

Според някои индикации, хардуерът на модула с марката EpoX, е от Cambridge Silicon Radio, a драйверите - от фирма Widcomm, което не е повод за накакво безпокойство, а просто информация за по-любопитните от нас :-)).

Впечатления от експлоатацията

След включването на устройствата в USB порта на компютрите с Windows XP, оперзционната система незабавно реагира с пожеланието да инсталира драйвери за новото устройство. Драйвер открих върху CD-то от комплекта, и "нахраних" Windows XP, която го инсталира без много протести и пожела да се рестартира.

След рестарта, освен че се появи иконка в system tray-а, в Device manager-а се появи нов мрежов адаптер (драйверът е на фирма WidComm, http://www.widcomm.com):

След още няколко мига двете устройства се свързаха и аз получих възможност да ги използвам.

Начинът, по който Bluetooth устройствата изглеждат в Explorer-a, се различава от общоприетия за Windows, но бързо се свиква и с него. Освен че в Explorer-a се появи папка "My Bluetooth Neighborhood" с съответните папаки за приемане на файлове,

и на друго място се появи папка, озаглавена "FTP":

Драйверът на това малко по размер устройство изненадващо предложи чудовищно голям брой всевъзможни настройки, по-голям дори и от тези на другия тип безжични комуникационни устройства - IEEE 802.11. За да получите представа за това, колко много са опциите, които могат да се настройват, публикувам само част от screenshots на драйвера с някои настройки и информация за устройството и режимите на функционирането му:

Ето няколко снимки от прозорците с Properties:

и на панела на драйвера:

Не съм имал под ръка някакви други устройства с интерфейс Bluetooth, за да изпробвам процеса на установяване на връзка менду тях, така че тестовете ми са ограничени само до взаимодействие между два адаптера и копирането на файлове между два компютъра.

При копирането на файлове от един компютър на друг се появява стандартния прозорец на Windows. Само надписът в долната му част, "Creating FTP connection..." е по различен:

Направих множество всевъзможни замервания на скоростите на трансфер на данни. За целта използвах няколко подборки на няколко типа файлове, някои от тях с голяма големина, някои малки, и ги копирах от компютър на компютър, засичайки времето, необходимо за това: един малко примитивен, но достатъчно точен начин човек да разбере, с каква скорост се прехвърлят файловете в реални условия, а не какво показват някакви си тестови програми.

В повечето случаи средната скорост на трансфер на данни беше между 60 и 66 kB/сек., т.е. за копирането на 1 MB данни трябват около 15-16 секунди. Не е потресаващо, нали? Всъщност, ако трябва да се обменят неголеми текстови документи или данни, тази скорост е достатъчна, но ако трябва да се синхронизират данни между PDA (например, Fujitsu-Siemens Pocket LOOX) и домашния или офис компютър, включващи писма с прикачени файлове и някои работни файлове, скоростта на пренос на данни не е впечатляваща за съвременните изисквания.

Заключение

Въпреки ниските скорости на трансфер, интерфейсът Bluetooth си има и своите положителни страни. От една страна, това е лесният начин за връзка между отделните устройства, не изискващ сложни настройки и някакви специални познания от страна на потребителя. От друга - при невъзможност да се изгради мрежа между два компютъра (или някакви други две устройства с интерфейс Bluetooth) по друг начин, този интерфейс позволява безжичен пренос на данни между тях, и то на разстояние минимум 10 метра.

Не трябва да изпускаме от поглед и другите възможни сфери на приложение на устройтвата с този интерфейс. Това са, например, вече съществуващите безжични гарнитури с Bluetooth интерфейс за мобилмите телефони, снимка на която има в началото на статията. Някои производители се опитват да проправят път на пазара, предлагайки първите мишки и клавиатури с такъв интерфейс, а съм срещал данни за прототипи на ново поколение битови уреди, използващи интерфейса за връзка с централния команден център на едно ново "умно" жилище от близкото бъдеще.

Дали ще се наложи този интерфейс? В света на компютърните технологии това може само да се предполага. Факт е, че големите производители на дънни платки като MSI и EpoX имат продукти с вграден интерфейс Bluetooth, множество модели GSM апарати, PDA и преносими компютри - също, говори за нарастващия интерес от страна на производителите, които понякога също участват в прогреса :-)). Рано е още да се говори за реакция на потребителите, които често консумират това, което производителите им го предлагат, дори и без да го искат целенасочено. Така или иначе, малко по малко Bluetooth набира инерция, и, както често се получава в света на компютърните технологии, при излизането на следващата, по-бърза и защитена версия, най-вероятно ще стане това, което всички биха искали, и ще си осигури добро бъдеще. Ако, разбира се, другите безжични технологии не го изпреварят.....

--------------------------
Bluetooth адаптерите са предоставени за тестове от фирма Persy, официален вносител на EpoX за България.