1. Телекоммуникационные
технологии
Тема 27. Беспроводные
персональные сети (WPAN).
Bluetooth & ZigBee

2. Wireless Personal Area
Networks
Стандартизация
IEEE 802.15, IEEE 802.11 (PHY, MAC)
Выше – индустриальные стандарты
Беспроводные сети малой дальности
Использование неинтеллектуальных
устройств
Использование нелицензируемых
диапазонов частот
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 2

3. WPAN – область применения
Беспроводной информационный обмен
между мобильными устройствами на
небольших (до 100м) расстояниях
Организация беспроводного подключения
периферийных устройств
Беспроводные сбор/передача информации
на объекты автоматизации
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 3

4. Ericsson (1994), Bluetooth SIG (1999)
11000 компаний (2009)
PHY & MAC – 802.15.1 (Bluetooth Core) / 802.11
Диапазон 2.4Ггц (2400-2483.5MHz)
Метод передачи – FHSS (79 каналов по 1Мгц)
Проблемы с интерференцией с другими технологиями
(Adaptive Frequency Hopping)
Модуляция – GFSK (BR) / DQPSK, 8DPSK (EDR)
Дуплекс - TDD
Класс по мощности:
1 - до 100mW (~ 100м) (+ Power Control)
2 - до 2.5mW (~ 10м)
3 - до 1mW (~ 1м)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 4

5. Bluetоoth - production
Bluetooth SIG:
Каждый день — 9 новых устройств
Каждую неделю — 18 миллионов устройств продается
Более 2 миллиардов устройств уже продано
Производители чипов:
Atheros
Broadcomm
CSR
Marvell
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 5

6. Версии Bluetooth
1.0 & 1.0B (1999)
Скорость до 384кбит/с
1.1 (2001)
Исправлено большое количество недочетов
1.2 (2002)
Скорость до 1 Мбит/с
2.0 (2004)
Скорость до 2.1Мбит/с (DQPSK)
Поддержка механизмов QoS
2.1 (2005)
EDR (Enhanced Data Rate) – 3Мбит/с (8DPSK)
Снижение энергопотребления
3.0 HS (21.04.2009)
WiFi PHY
4.0 LowEnergy (30.06.2010)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 6

7. Bluetooth - сеть
Пикосеть
До 212 устройств (parked)
До 8 устройств одновременно
активны (active)
Master – slaves (обмен только через
главное устройство) – топология
«звезда»
(paired devices)
Общий доступ с арбитражем (TDM)
В одной зоне могут быть несколько
сетей
Могут быть построены
распределенные пикосети
(scatternet)
Одно устройство – master в одной
сети, slave в другой
Маршрутизация отсутствует
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 7

8. Стек протоколов Bluetooth
Профили / приложения
RFCOMM / BNEP / OBEX/ …
Control L2CAP (Logical Link Control and Audio
Level Adaptation Protocol) Level
Link Manager Protocol
Link Control Protocol (Bluetooth Baseband)
Radio PHY
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 8

9. Bluetooth 3.0 HS
21 Apr 2009
Generic Alternate MAC/PHY (AMP)
802.11 Protocol Adaptation Layer (PAL) — до 54Mbit/s
(фактически 24)
Поддержка QoS для доставки CBR трафика
Enhanced Power Control
Unicast Connectionless Data
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 9

10. Транспортные Протоколы
Bluetooth
Telephony
Telephony Control Protocol (TCP)
Audio/Video
A/V Control Transport Protocol (AVCTP)
A/V Distribution Transport Protocol (AVDTP)
Networking
Bluetooth Network Encapsulation Protocol (BNEP)
Возможность организации соединений TCP/IP
Radio Frequency Communication (RFCOMM)
Эмуляция последовательной линии (порта)
Object Exchange (OBEX)
Сеансовый уровень, использует RFCOMM
Синхронизация, передача файлов, Object Push
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 10

11. Профили Bluetooth
Basic Printing Profile
Cordless Telephony Profile
File Transfer Profile
Generic Access Profile
General A/V distribution Profile
Hands-Free Profile (управление)
Headset Profile (передача звука)
Object Push Profile
Personal Area Networking Profile
Serial Port Profile
Service Discovery Application Profile
…
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 11

12. Реализации стека протоколов
Bluetooth на PC
MS Windows
Widcomm stack
MS Windows Bluetooth Stack
Toshiba Stack
Blue Soleil
EtherMind
Linux
BlueZ (Qualcomm)
Affix (Nokia)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 12

13. ZigBee
ZigBee Alliance, 2004 (Pro - 2006, 2007)
PHY 802.15.4
Диапазон 2.4ГГц (можно также использовать 868МГц и
915МГц)
Метод передачи – DSSS (26 каналов по 2MHz, вся
пикосеть на одном канале) + BPSK/QPSK
Проблемы с интерференцией с другими
технологиями
Необходимо правильно выбирать канал
Скорости до 250кбит/с
Дальность до 100м
Очень низкое энергопотребление
Поддержка устройств, находящихся в “спящем”
состоянии
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 13

14. ZigBee - сеть
Пикосеть
Coordinator
Router
End Device
Топологии
звезда
кластерное дерево
ячеистая (mesh)
Есть маршрутизация в пределах
сети!
В одной зоне могут быть
несколько сетей (на разных
каналах)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 14

15. ZigBee - топологии
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 15

16. Стек протоколов ZigBee
Application Profiles APP APP … ZDO
ZigBee Specification
App Support (APS) •Device discovery
Stack Profiles SSP •Route Discovery
•Network Organization
NWK •Security
•Message Relay
Medium Access (MAC)
IEEE 802.15.4
Radios Ratified Spring, 2003
Physical Radio (PHY)
Фирменные стеки и профили (Alliance Promoters: Siemens, Philips,
Mitsubishi, Motorola, Samsung, Texas Instruments, Ember ,Freescale )
Тестирование на интероперабельность – ZigBee Alliance
Нет поддержки TCP/IP
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 16

17. ?
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 17