Introducción a la Tecnología de la Información
Una breve discusión sobre la tecnología Bluetooth
(Clase de Telecomunicaciones 0602, Departamento de Electrónica e Ingeniería de la Información, Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, Wuhan 430074 )
Resumen: La tecnología Bluetooth es un estándar de comunicación inalámbrica de baja potencia y corta distancia que proporciona un método de conexión en red inalámbrica de bajo costo para dispositivos. Este artículo presenta los módulos, protocolos y modelos de aplicación subyacentes de la tecnología Bluetooth y los compara con otras tecnologías de conexión inalámbrica de uso común para ilustrar sus ventajas.
Palabras clave: Bluetooth; módulo inferior; protocolo; aplicación de aplicación
1. Introducción a Bluetooth
Ya en 1994, Ericsson lo propuso internamente. establecer y desarrollar una nueva generación de tecnología de transmisión inalámbrica que pueda usarse fácilmente y sin obstáculos en diversos dispositivos de comunicación, y establecer interfaces inalámbricas prácticas y estándares de software relacionados. En 1998, Ericsson anunció el plan y formó un Grupo de Interés Especial (SIG) con Nokia, IBM, Toshiba e Intel para desarrollar la tecnología. Un año después, en julio de 1999, SIG propuso oficialmente la versión 1.0 del protocolo tecnológico y llamó a la tecnología Bluetooth. Según la explicación oficial de SIG, el nombre Bluetooth proviene de Harald Bluetooth, el rey vikingo de Dinamarca en el siglo X. El rey unificó Dinamarca y Noruega por la fuerza y estableció un enorme imperio en Escandinavia.
La tecnología Bluetooth soluciona el problema de la interconexión inalámbrica entre pequeños dispositivos móviles. Su mercado de hardware es muy amplio y abarca diversos dispositivos de datos y voz en redes de área local. El objetivo esencial de esta tecnología no es convertirse en una tecnología WLAN más, sino convertirse en una nueva solución inalámbrica que sustituya a los cables de transmisión. Desde la versión 1.0 en 1999 hasta las versiones posteriores 1.1, 1.2 y 2.0, la tecnología Bluetooth ha seguido mejorando técnicamente, intentando absorber las ventajas de los cables generales en términos de coste, seguridad y capacidad de carga. Después de que el rey de Bluetooth dominara el norte de Europa durante miles de años, la tecnología Bluetooth emergente está utilizando sus diversas ventajas para hacerse con un territorio miles de veces más grande que el rey de Bluetooth en el mercado mundial de conexiones inalámbricas.
2. Descripción general del protocolo Bluetooth
El modelo de protocolo en la arquitectura Bluetooth se puede dividir en las siguientes cinco capas:
(1) Capa física: la interfaz inalámbrica de la capa de protocolo Bluetooth;
(2) Protocolos principales: protocolo de banda base, protocolo de gestión de enlaces (LMP), protocolo de adaptación y control de enlaces lógicos (L2CAP), protocolo de descubrimiento de servicios (SDP), etc. El protocolo de banda base puede proporcionar servicios orientados a conexión síncrona (SCO) y servicios de conexión asíncrona (ACL). En términos generales, SCO se utiliza para servicios de datos en paquetes, que se caracterizan por su confiabilidad, pero tiene retrasos; ACL se usa para la transmisión de voz, que se caracteriza por un buen rendimiento en tiempo real. Pero la confiabilidad es peor que la de SCO. El Protocolo de gestión de enlace (LMP) es responsable de establecer y liberar la conexión entre la unidad del dispositivo maestro y la unidad del dispositivo esclavo, y de controlar los modos de funcionamiento de la unidad del dispositivo maestro y la unidad del dispositivo esclavo. L2CAP es un protocolo de adaptación y control de tercera capa que proporciona servicios orientados a conexión y sin conexión para capas como RFCOMM y SDP. Los servicios de datos de banda base pueden transmitir datos directamente a protocolos de capa superior a través de LMP y L2CAP. En cierto sentido, L2CAP y LMP son equivalentes al protocolo de segunda capa de OSI, es decir, la capa de enlace.
(3) Protocolo de comunicación por radiofrecuencia: RFCOMM, que puede simular el protocolo de interfaz del cable serie. A través de RFCOMM, Bluetooth puede admitir protocolos de alto nivel como PPP, TCP/IP y WAP en un entorno inalámbrico. RFCOMM puede admitir el conjunto de comandos AT y puede realizar conexiones inalámbricas de teléfonos móviles, máquinas de fax y módems;
(4) Protocolo de control de transmisión telefónica: protocolo binario TCS, conjunto de comandos AT, etc.
(5) Protocolo de aplicación (protocolo opcional): PPP (Protocolo punto a punto), UDP/TCP/IP, OBEX, vCard/vCarl, FAX, PAN, etc.
3. Módulo inferior Bluetooth
El módulo inferior Bluetooth es el núcleo de la tecnología Bluetooth y una parte esencial de cualquier dispositivo Bluetooth.
3.1 Radiofrecuencia
Para garantizar que las bandas de frecuencia requeridas para el sistema estén fácilmente disponibles en todo el mundo, el sistema Bluetooth opera en los sectores Industrial, Científico y Médico (ISM). frecuencias de la mayoría de los países, concretamente 2,4 GHz, debido a la apertura de la banda ISM, el uso de cualquier banda de frecuencia encontrará interferencias impredecibles; por ejemplo, los teléfonos inalámbricos y los hornos microondas en el hogar pueden convertirse en fuentes de interferencia. Con este fin, Bluetooth ha diseñado especialmente un esquema de confirmación rápida y salto de frecuencia para garantizar la estabilidad del enlace. Bluetooth divide su banda de frecuencia de trabajo de 2.402 GHz a 2.480 GHz en 79 subcanales con un ancho de banda de 1 MHz. Después de recibir o enviar un paquete de datos, salta a otra frecuencia para mejorar la estabilidad de la transmisión de datos.
La tecnología de salto de frecuencia no solo garantiza la estabilidad de la tecnología Bluetooth, sino que también garantiza su seguridad en la capa física. En las comunicaciones por salto de frecuencia, las señales de datos son moduladas por señales portadoras de banda estrecha, y estas señales portadoras de banda estrecha saltan continuamente de una frecuencia a otra en función del tiempo. El estándar Bluetooth utiliza una secuencia de salto de frecuencia de 1.600 saltos por segundo. El código de salto de frecuencia, conocido tanto por el transmisor como por el receptor, determina la frecuencia de la portadora de radiofrecuencia y la secuencia del salto de frecuencia. Para recibir la señal correctamente, el extremo receptor debe configurar el mismo código de salto de frecuencia que el extremo emisor y monitorear la señal portadora en el momento y la frecuencia correctos. Los canales lógicos sólo se pueden mantener si la sincronización es correcta. Las señales recibidas por otros receptores asíncronos son sólo ruido impulsivo de muy corta duración, lo que dificulta mucho las escuchas.
El tercer beneficio de la tecnología de salto de frecuencia es que puede conectar varios dispositivos al mismo tiempo. Como se mencionó anteriormente, Bluetooth funciona en modo de salto de frecuencia entre 79 canales. Una piconet se forma cuando dos dispositivos Bluetooth establecen un enlace con éxito. La comunicación entre ellos se logra mediante ondas de radio que saltan aleatoriamente entre estos 79 canales. Bluetooth proporciona patrones de salto específicos para cada piconet, por lo que permite que exista una gran cantidad de piconets simultáneamente.
3.2 Modo dúplex y tipo de servicio