Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА"
Отчет по лабораторной работе №2,3
Дисциплина: «Представление знаний в информационных системах»
Тема: « Построение концептуальных моделей представления знаний о технологии стандарта IEEE 802.15.1. в среде инструментальной системы»
Выполнила студентка уч.гр. ИСТ-03
Кенкадзе С.З.
___________________________________________
Проверила проф. д.т.н Птицына Л.К.
___________________________________________
Санкт-Петербург
2012 г.
Содержание:
Задание
Введение
Bluetooth (IEEE 802.15.1)
- Общие сведения о Bluetooth’е. Что это такое
- Bluetooth устройства и сети
- Протоколы Bluetooth
- Корневые протоколы Bluetooth
- Заимствованные протоколы
WPAN (Wireless Personal Area Network)
Стандарты локальных сетей
Работа Bluetooth
Bluetooth (IEEE 802.15.1)
Задание
1. Разработать и построить концептуальную модель процесса создания спецификации IEEE 802.15.1.;
2. Разработать и построить концептуальную модель взаимодействия узлов двух пика сетей согласно стандарту 802.15.1.;
3. Разработать и построить концептуальную модель профиля обобщенного доступа средств информатизаций согласно стандарту 802.15.1.;
4. Разработать и построить концептуальную модель стека протоколов ст. 802.15.1.;
5. Разработать и построить концептуальную модель взаимодействия средства информатизации технологии 802.15.1. с локальной сетью по технологии 802.11..
Введение
(Рис №1) Стандарты беспроводной связи
В данной работе больше всего хотела бы уделить внимание первому стандарту, т.е. Bluetooth (IEEE 802.15.1).
Bluetooth (IEEE 802.15.1)
Общие сведения о Bluetooth’е. Что это такое.
IEEE 802.15.1 базируется на спецификациях Bluetooth v. 1.х.
происходит в полосе частот 2400 – 2483,5 МГц ISM-диапазона. В радиотракте применен метод расширения спектра путем скачкообразной перестройки частоты (FHSS – Fast rate
frequency hoping) и двухуровневая частотная модуляция с фильтром Гаусса (GFSK - Gaussian Frequency Shift Keying). Метод частотных скачков подразумевает, что вся отведенная для передачи полоса частот подразделяется на определенное количество подканалов шириной 1 МГц каждый. Канал представляет собой псевдослучайную последовательность скачков по 79 или 23 радиочастотным подканалам. Каждый канал делится на временные сегменты продолжительностью 625 мкс, причем каждому сегменту соответствует определенный подканал. Передатчик в каждый момент времени использует только один подканал. Эти скачки происходят синхронно в передатчике и приемнике в заранее зафиксированной псевдослучайной последовательности. За секунду может происходить до 1600 частотных скачков. Мощность передатчика делится на 3 класса:
1)100 mW (20 dBm) ;
2) 2.5 mW(4 dBm) ;
3) 1mW (0dBm).
Такой метод обеспечивает конфиденциальность и некоторую помехозащищенность передач. Помехозащищенность обеспечивается тем, что если на каком-либо подканале передаваемый пакет не смог быть принят, то приемник сообщает об этом и передача пакета повторяется на одном из следующих подканалов, уже на другой частоте.
|
Стандарт |
802.15.4 ZigBee |
802.15.1 Bluetooth |
802.15.3 High Rate WPAN |
802.15.4a UWB |
||
|
Приложения |
Мониторинг, управление, сети датчиков, домашняя/промышленная автоматика |
Голос, данные, замена кабелей |
Потоковое мультимедиа, замена кабелей аудио/видео систем |
|||
|
Преимущества |
Цена, энергосбережение, размеры сети, выбор частотных диапазонов |
Цена, энергосбережение, передача голоса, скачок частот |
Высокая скорость, энергосбережение |
|||
|
Частота |
868МГц |
915МГц |
2.4ГГц |
2.4 ГГц |
2.4ГГц |
3.1-10.6ГГц |
|
Максимальная скорость |
20 кбит/с |
40 кбит/с |
250 кбит/с |
1 Мбит/с |
22 Мбит/с |
110Мбит/с (10м), 200Мбит/с (4м) |
|
Выходная мощность |
1 мВт |
1 мВт |
1мВт |
<100мВт (110Мбит/с) <250мВт (200Мбит/с) |
||
|
Дальность |
10-100м |
10-100м |
5-50м |
10м (110 Мбит/с) 4м (200Мбит/с) |
||
|
Чувствительность (спецификация) |
-92dBm |
-85 dBm |
-75 dBm |
- |
||
|
Размер стека |
4-32 Кбайт |
Более 250 Кбайт |
- |
|||
|
Срок службы батареи |
100-1000+ дней |
1-7 дней |
Теоретически более 1000 дней |
|||
|
Размер сети |
65536(16-битные адреса) |
Мастер +7 |
До 127/хост |
Bluetooth устройства используют уникальные IEEE 802 48-bit адреса. Когда два или более Bluetooth устройства соединяются, они образуют структуру, известную под названием Piconet. Это динамическая сеть, в которой одно из устройств выступает в роли мастера (Master), а все другие (до семи устройств) в роли клиентов(Slave). Клиенты могут участвовать в различных Piconet сетях. Если два мастера соединяются, они образуют перекрывающийся Piconet, известный как Scatternet. На представленном рисунке Piconet мастер одной сети подключился к клиенту другой Piconet сети.
Bluetooth поддерживает один канал данных и три (максимум) голосовых канала. Максимальная скорость передачи данных составляет 720 килобит в секунду. Теоретически, радиус действия Bluetooth устройств составляет около 100 метров. Радиус Sony Ericsson P900/P908 - примерно 10 метров.
Протоколы Bluetooth
При работе устройств Bluetooth используются специфические протоколы для Bluetooth и общие, которые используются в различных телекоммуникационных системах. Все они образуют стек протоколов Bluetooth.
(Рис №3) Стек протоколов Bluetooth
Все эти протоколы можно разделить на 4 слоя:
1. Корневые протоколы.
2. Протокол замены кабеля
3. Протокол управления телефонией
4. Заимствованные протоколы
протоколами Bluetooth.
Корневые протоколы Bluetooth
Baseband
Baseband (Link Controller) и протокол управления связью (LMP – Link Manager Protocol) обеспечивают физическую радиочастотную связь между устройствами Bluetooth, образующими пикосеть. Этот уровень предоставляет два различных способа физического
подключения с соответствующими пакетами базовой полосы:
1. Синхронным, ориентированным на соединение (SCO – Synchronous Connection Oriented)
2. Асинхронным без установления соединения (ACL – Asynchronous Connection Less).
Также здесь определяется формат пакетов, адресация устройств, процедуры вызова и запроса, физические и логические каналы.
Протокол управления связью (LMP — Link Manager Protocol)
Протокол управления связью (LMP — Link Manager Protocol) отвечает за
установление подключений между устройствами Bluetooth. Также сюда относятся и вопросы безопасности, такие как идентификация и шифрования, связанные генерированием ключей шифрования и подключения, а также с обменом ключами и их проверкой. LMP имеет более высокий приоритет чем остальные протоколы (например L2CAP). Если, например, получается, что канал занят чем-либо другим, то при
необходимости передать LMP сообщение он немедленно освобождается.
Протокол управления логическим подключением и адаптацией (L2CAP — Logical Link Control and Adaptation Protocol)
Протокол обнаружения услуг (Service Discovery
Protocol – SDP)
Протокол обнаружения услуг (Service Discovery Protocol – SDP) является одним из важнейших протоколов Bluetooth, который использует L2CAP в качестве транспортного протокола. Используя протокол SDP можно запросить информацию о самом устройстве, о его услугах и о характеристиках этих услуг, а после этого может быть установлено соединение между двумя или несколькими устройствами Bluetooth.
Протокол замены кабеля (RFCOMM)
Ещё одним из протоколов, которые использует L2CAP в качестве транспортного, является RFCOMM (Radio Frequency Comm.). Этот протокол эмулирует соединение PPP (point-to-point) по последовательному порту (RS-232 или EIATIA-232-E, более известным
как COM-порты). Также он обеспечивает транспортировку при выполнении услуг верхнего уровня, которые используют последовательную линию как транспортный механизм. Через него работают такие службы как доступ к локальной сети (LAN). Эта
служба может работать как эмуляция прямого кабельного соединения, когда надо обеспечить связь между двумя персональными компьютерами, так и использоваться для полноценного входа в уже существующую локальную сеть. Во втором случае используется точка доступа к локальной сети, через которую компьютер Bluetooth
оказывается подключен к LAN так, как он мог бы подключиться через dial-up соединение.
Протокол управления телефонией (TCS Binary)
Двоичный протокол управления телефонией (TCS Binary (Telephony Control Protocol Specification- Binary) или TCS BIN) является бит- ориентированным протоколом. Он определяет контроль сигнализации вызова для установления речевого вызова или вызова данных между устройствами Bluetooth. Кроме того, он определяет процедуры управления мобильностью при манипулировании с группами TCS-приборов Bluetooth.
Управление телефонией — команды АТ
Bluetooth SIG определила набор АТ-команд (Attention Sequence), с помощью которых можно управлять мобильным телефоном или модемом в режиме моделей мульти-использования. Команды, используемые при FAX-услугах, специфицируются реализацией. Это могут быть FAX-услуги класса 1.0 и класса 2.0.
Voice или Bluetooth audio
Voice или Bluetooth audio одна из служб Bluetooth которая использует синхронное соединение. Одновременно может передаваться до 3 аудиоканалов. Характеристики звуковых потоков могут различаться, и во многом определяются используемым приложением. Максимально звуковой поток может передаваться с точностью в 16 бит при частоте дискретизации 48 кГц.
Заимствованные протоколы
Протокол «точка-точка» (Point-to-Point Protocol - PPP)
В технологии Bluetooth протокол «точка-точка» (Point-to-Point Protocol - PPP) должен работать «поверх» RFCOMM. Соединения PPP служат средством, позволяющим перемещать IP-пакеты с уровня РРР на уровень локальных сетей.
Фазы PPP
Протокол TCP/UDP/IP
В настоящее время семейство протоколов TCP/IP используется наиболее широко во всем мире. Стеки TCP/IP установлены на самых разных устройствах. Встраивание этих стандартов в приборы Bluetooth позволяет осуществлять связь с любым другим устройством, подключенным к Internet. Такой прибор Bluetooth используется затем как «мост» к Internet.
Протокол OBEX (Object Exchange Protocol)
Протокол IrOBEX (Infrared Object Exchange Protocol) или, сокращенно, OBEX, является сеансовым протоколом, разработанным ассоциацией IrDA для простого, поэтапного обмена объектами. OBEX, обеспечивающий функциональность, сходную с НТТР, использует модель клиента-сервера, не зависит ни от транспортного
механизма, ни от транспортного API-интерфейса (Application Programming Interface). Наряду с самим протоколом — «грамматикой» для ОВЕХ-переговоров между устройствами — ОВЕХ дает также модель для представления объектов и операций. Вдобавок ОВЕХ определяет оглавление папок, которое используется для просмотра
содержимого папок, находящихся на удаленных устройствах.
Формат содержимого (vCard, vCalendar)
Форматы vCard (обмен электронными визитными карточками) и vCalendar (обмен электронными календарными данными) являются открытыми спецификациями, которые были разработаны консорциумом Versit и контролируются сегодня консорциумом Internet Mail. Сами по себе vCard и 5 0 TD0 TvCalendar не определяют никакого транспортного механизма. Они определяют только форматы данных, которые должны транспортироваться. Два других формата содержимого, которые передаются протоколом OBEX, — это
форматы vMessage («сообщение») и vNote («заметка»). Они также являются открытыми стандартами и используются для обмена сообщениями и замечаниями. Они определены в спецификации Инфракрасных мобильных коммуникаций (IrMC — Infrared Mobile Communications). Там же определен формат журнальных файлов,
который необходим для синхронизации данных между отдельными приборами.
Протокол беспроводных приложений (WAP, WAE)
Протокол беспроводных приложений (WAP — Wireless Application Protocol), разработанный Форумом WAP, должен работать в самых разнообразных беспроводных сетях. Цель состоит в том, чтобы распространить содержимое сети Internet и ее телефонные услуги на цифровые сотовые телефоны и на другие беспроводные
терминалы. Идея, стоящая за разработкой WAP, — повторно использовать приложения верхнего уровня, разработанные для среды WAE (WAP Application Environment). К таким приложениям относятся браузеры WML и WTA, способные взаимодействовать с приложениями на компьютере. Построение шлюзов для приложений, обеспечивающих
связь между WAP-серверами и приложениями на компьютере позволяет реализовать различные виды «скрытой» функциональности, такие как дистанционное управление, передача данных с компьютера на телефон и т.д.
Протокол BNEP (Bluetooth Network Encapsulation Protocol)
Сетевой протокол инкапсуляции Bluetooth предоставляет инкапсуляцию, заменив заголовок сетей, таких как Ethernet заголовок, на BNEP заголовки. То есть предоставляет Ethernet-подобный интерфейс на каждом конце Bluetooth-соединения.
WPAN (Wireless Personal Area Network)
Стандарты локальных сетей
Соотношение уровней ЭМВОС и IEEE для ЛС
Работа Bluetooth
Есть два основных состояния для устройств Bluetooth: Соединение (Connection) и Режим ожидания (Standby). Предусмотрено семь субсостояний, которые используются для добавления клиента или подключения к пикосети: page, page scan, inquiry, inquiry scan,
master response, slave response и inquiry response.
Состояния соединений
Состояние Standby по умолчанию является режимом с пониженным энергопотреблением, работает только внутренний задающий генератор. В состоянии Соединения основной узел (master) и подчиненный (slave) могут обмениваться пакетами, используя код доступа к каналу.
Соединение между устройствами происходит так - если об удаленном устройстве ничего не известно, то используются процедуры inquiry и page. Если некоторая информация о устройстве все-таки есть, то достаточно процедуры page.
Этап 1
Процедура inquiry позволяет устройству определить, какие приборы доступны, выяснить
адреса и осуществить синхронизацию.
1.1 Посылаются пакеты inquiry и получаются отклики.
1.2 Если адресат, получивший пакет inquiry, находится в состоянии inquiry scan , тогда он способен принимать такие пакеты
1.3 Получатель переходит в состояние inquiry response и посылает отправителю пакет-отклик.
После того как процедура inquiry завершена, соединение может быть установлено с помощью процедуры paging.
Этап 2
Процедура paging реализует соединение. Для осуществления этой процедуры необходим адрес. Устройство, выполняющее процедуру paging, автоматически становится хозяином этого соединения.
2.1 Посылается пакет paging
2.2 Адресат получает этот пакет (находится в состоянии page Scan)
2.3 Получатель посылает отправителю пакет-отклик (находится в состоянии Slave
Response)
2.4 Инициатор посылает адресату пакет FHS (находится в состоянии Master Response).
2.5 Получатель посылает отправителю второй пакет-отклик (находится в состоянии Slave Response)
2.6 Получатель и отправитель устанавливают параметры канала заданные инициатором (находятся в состоянии Master Response & Slave Response)
- После установления соединения основной узел (master) посылает пакет POLL, чтобы проверить, синхронизовал ли клиент свои часы и настроился ли на коммутацию частот.
- Клиент при этом может откликнуться любым пакетом. После успешного обнаружения устройств новое Bluetooth устройство получает набор адресов доступных Bluetooth устройств, после чего выясняет имена всех доступных Bluetooth устройств из списка. У каждого Bluetooth устройства есть свой глобально уникальный адрес, но на уровне пользователя обычно используется не этот адрес, а имя устройства, которое может быть любым, и ему не обязательно быть глобально уникальным. Имя Bluetooth устройства может быть длиной до 248 байт, и использовать кодовую страницу в соответствии с
Unicode UTF-8 (при использовании UCS-2, имя может быть укорочено до 82 символов). Также у Bluetooth есть возможность автоматического подключения Bluetooth устройств к службам, предоставляемым другими Bluetooth устройствами. Поэтому, после того как имеется список имён и адресов, выполняется поиск доступных услуг, предоставляемых различными устройствами. Для поиска возможных услуг используется специальный протокол обнаружения услуг (Service Discovery Protocol - SDP).
- Устройство Bluetooth при установлении соединения может работать в четырех режимах:
Active (активный), Hold (удержание), Sniff (прослушивание) и Park (пассивный).
Заключение
Конечно Bluetooth будет развиваться и далее, но уже и сейчас он обладает не одним преимуществом, среди существующих беспроводных технологий.
• он компактен (если отдельное устройство), а если встроен, то очень удобно его использовать;
• сравнительно малая мощность передатчика ;
• энергосбережение ;
• недорогой по цене ;
• устойчивость к интермодуляционным помехам ;
• передача данных.