Московский физико-технический институт
Опубликован: 07.08.2007 | Доступ: свободный | Студентов: 4665 / 587 | Оценка: 4.28 / 3.93 | Длительность: 45:30:00
ISBN: 978-5-94774-706-5
Лекция 8:

Мобильные телекоммуникации

Поле данных пакета SDP имеет заголовок, содержащий три поля:

  • PDU ID — идентификатор типа поля данных (1 байт);
  • TransactionID — идентификатор транзакции (2 байта);
  • ParameterLength — длина (в байтах) всех параметров в поле данных (2 байта).

Параметры могут содержать атрибут состояния продолжения ( continuation state ). Некоторые запросы могут потребовать такого большого отклика, который не поместится в одно поле данных. Тогда SDP-сервер генерирует частичный отклик с параметром состояния продолжения. Аналогичный атрибут должен присутствовать в очередном запросе клиента, требующего следующую порцию данных отклика. Такой запрос имеет только два поля InfoLength (1 байт) и Continuation Information (InfoLength байт).

Сервис (service) является единственной сущностью (entity), которая предоставляет информацию для выполнения каких-либо действий. Сервис может реализоваться аппаратно или программно. Информация о сервисах содержится в записях, которые представляют собой списки атрибутов. Каждый атрибут описывает одну характеристику сервиса. SDP имеет следующие атрибуты сервиса:

  • ServiceRecordHandle
  • ServiceClassIDList
  • ServiceRecordState
  • ServiceID
  • ProtocolDescriptionList
  • BrowseGroupList
  • LanguageBaseAttributeIDList
  • ServiceInfoTimeToLive
  • BluetoothProfileDescriptorList
  • DocumentationURL
  • ClientExecutableURL
  • IconURL
  • ServiceName
  • ServiceDescription
  • ProviderName

Некоторые атрибуты являются общими для всех записей сервиса, но сервис-провайдеры могут определить свои собственные атрибуты услуг в зарезервированных полях.

Атрибут содержит два компонента: идентификатор ( ID ) и значение атрибута.

  • ID атрибута представляет собой 16-битовое число без знака, которое должно быть уникальным для данной сервисной записи. Идентификатор определяет и семантику значения атрибута.
  • Значение атрибута представляет собой поле переменной длины, чей смысл определяется идентификатором и ассоциированным с ним классом записи услуг

Различные виды сервиса группируются в классы. Все атрибуты, содержащиеся в записи сервиса, относятся к одному классу. Каждому классу присвоен уникальный идентификатор UUID. UUID представляет собой 128-битовый код, но возможны псевдонимы (16- и 32-битовой длины).

Клиент может, зная значение UUID, получить указатель на соответствующую запись сервиса. Можно провести поиск и по идентификатору класса.

Значение атрибута имеет вид информационного элемента, который содержит два поля: заголовок и данные. Заголовок включает в себя две части: дескриптор типа и дескриптор размера.

Type Descriptor 5-битовый код, составляющий старшие разряды информационного элемента заголовка
Size Descriptor 3-битовый код индекса, за которым следует 0, 8, 16 или 32 бита. Индекс содержит младшие 3 бита информационного элемента заголовка

Взаимодействующие приборы в Bluetooth могут выполнять роль локального ( LocDev ) или удаленного устройства ( RemDev ). LocDev — прибор, который может инициировать процедуру выявления доступной услуги. Такой прибор должен содержать, по крайней мере, клиентскую часть архитектуры SDP. RemDev может быть любым прибором, который участвует в процессе выявления доступных услуг, посылая отклик на запрос LocDev. RemDev должен содержать, по крайней мере, серверную часть архитектуры SDP. RemDev имеет базу данных сервисных записей. Прежде чем два устройства Bluetooth начнут взаимодействовать, каждый из них должен:

  1. быть включенным и инициализированным. При инициализации может потребоваться PIN для формирования ключа соединения (link key);
  2. должен сформировать Bluetooth соединение, которое может потребовать BD_ADDR других устройств.

Выявление услуг (Service Discovery) поддерживает следующие прикладные примитивы для взаимодействия с другими устройствами:

  • serviceSearch();
  • serviceBrowse();
  • enumerateRemDev();
  • terminatePrimitive();

Менеджер канала служит для аутентификации, установления и конфигурации соединения, а также шифрования. Данные управления укладываются в однослотовые кадры. Для транспортировки протокольных данных используются пакеты DM1 (в случае SCO — пакеты РМ1). Заголовки этих пакетов содержат всегда 1 байт. Менеджер канала (LM) обнаруживает другие LM и взаимодействует с ними через посредство протокола LMP. Чтобы выполнить роль провайдера, LM использует ниже расположенный контроллер канала (LC). LMP-протокол регламентирует структуру управляющих данных (PDU). Приложение должно поддерживать часть типов PDU, остальные являются опционными.

В протоколе Bluetooth определены 4 типа адресов: BD_ADDR, AM_ADDR, PM_ADDR и AR_ADDR. Таблица 8.3а.

Таблица 8.3. Обязательные типы PDU протокола LMP
Функция Тип PDU Описание
Изменение ключа канала LMP_comb_key Ключ канала получается из комбинационных ключей. Содержимое LMP_comb_key защищается с помощью операции XOR с привлечением текущего ключа канала
Изменение текущего ключа канала LMP_temp_rand, LMP_temp_key, LMP_use_semi_permanent_key Текущий ключ канала может быть полупостоянным или временным ключом канала. Ключ может быть изменен временно, но изменение действует только на время сессии. Изменение временного ключа канала нужно, если пикосеть поддерживает шифрованные бродкасты
Запрос сдвига часов LMP_clkoffset_req, LMP_clkoffset_res Когда клиент получает FHS-пакет, вычисляется разность между показанием его часов и часов мастера, записанным в поле данных пакета. Мастер может запросить значение сдвига часов в любое время
Версия LMP LMP_version_req, LMP_version_res Уровень LMP поддерживает запросы версии LMP. Запрашиваемое устройство должно прислать отклик с тремя параметрами: VersNr (номер версии протокола), CompId (служит для отслеживания проблем на нижних протокольных уровнях) и Sub-VersNr (рекомендуется, чтобы фирма имела уникальное значение Sub-VersNr для каждого RF/BB/LM)
Поддерживаемые возможности LMP_feature_req, LMP_feature_res Контроллер радио и канала может поддерживать только субнабор типов пакетов и возможностей. Устройство может не посылать никаких пакетов кроме ID, FHS, NULL, POLL, ВM1 или DH1, прежде чем озаботится возможностями других устройств. После выполнения запроса возможностей может быть передана область перекрытия возможностей взаимодействующих устройств
Запрос имени LMP_name_req, LMP_name_res LMP поддерживает запрос имени другого устройства. Имя состоит максимум из 248 байтов (UTF-8)
Запрос разрыва LMP_detach Соединение может быть разорвано в любое время по запросу мастера или клиента. В сообщение включаются данные, поясняющие причину разрыва
Качество обслуживания LMP_quality_of_service, LMP_quality_of_service_req LM предоставляет возможности качества обслуживания. Интервал, который определяет максимальное время между последовательными передачами мастер — заданный клиент, используется для обеспечения определенной полосы пропускания и RTT
Управление мультислотовыми пакетами LMP_max_slot, LMP_max_slot_req Число слотов, используемых устройством, может быть ограничено. Устройство позволяет удаленному устройству использовать максимальное число слотов, послав ему значение LMP_max_slot
Управление каналом LMP_supervision_timeout Каждый канал имеет таймер, который используется для управления каналом. Этот таймер служит для детектирования потери связи при уходе устройства из зоны досягаемости, отказа источника питания или другой поломки. Процедура определяет значение таймаута
Установление соединения LMP_host_connection_req, LMP_setup_complete Когда устройство желает установить соединение, включающее уровни выше LM, оно посылает LMP_host_connection_req. Когда партнер получает такое сообщение, он может принять или отвергнуть предлагаемое соединение, послав LMP_accepted или LMP_not_accepted
Режим проверки LMP_test_activate, LMP_test_control LMP имеет PDU для поддержки различных методов тестирования, которые используются на уровне radio и baseband
Обработка ошибок LMP_not_accepted Если LM получает PDU с нераспознанным кодом, он реагирует посылкой сообщения LMP_not_accepted
Таблица 8.3a.
BD_ADDR Каждому трансиверу Bluetooth присваивается уникальный 48-битовый адрес устройства. Он содержит 24-битовое поле LAP, 16-битовое поле NAP и 8-битовое поле UAP.
AM_ADDR 3-битовый код. Он является рабочим, если клиентский узел пикосети является активным. Он иногда называется МАС-адресом модуля Bluetooth.
PM_ADDR 8-битовый код, идентифицирующий пассивный узел пикосети. PM_ADDR является рабочим, пока подчиненный узел пикосети пассивен (parked).
AR_ADDR Используется пассивным узлом пикосети (parked), чтобы определить полудомен slave-to-master в окне доступа, которое ему предназначено для отправки сообщений запросов доступа. Адрес является рабочим, пока подчиненный узел пассивен и не обязательно является уникальным.

В рамках протокола определена структура интерфейса HCI (Host Controller Interface; смотри http://www.palowireless.com/infotooth/tutorial/hci.asp). Этот интерфейс осуществляет интеграцию низкоуровневых интерфейсов baseband и программного обеспечения клиента. Спецификация поддерживает работу с интерфейсами RS232, UART и USB.

HCI предлагает командный метод доступа к аппаратным возможностям Bluetooth. Канальные команды HCI позволяют управлять канальным уровнем соединения с другими устройствами. В перечень входят команды менеджера канала (LM — Link Manager) предназначенные для обмена LMP-командами с удаленными устройствами. Данные для канала LM транспортируются кадрами DM. Команды HCI Policy используются для воздействия на локальный и удаленный LM. Команды Host Controller, Baseband, Informational и Status предоставляют доступ к различным регистрам интерфейса.

Эмуляция последовательных портов (в частности RS-232) посредством L2CAP осуществляется транспортным протоколом RFCOMM (смотри http://www.palowireless.com/infotooth/tutorial/rfcomm.asp). Протокол базируется на стандарте ETSI TS 07.10. RFCOMM поддерживает до 60 одновременных соединений между приборами. Это могут быть модемы, принтеры или ЭВМ.

Транспортный уровень контроллера устройства обеспечивает обмен специфической HCI-информацией. Спецификация HCI определяет формат команд, событий и данных в рамках обмена между устройством и контроллером. Протокол HCI специфицирует 32 различного рода события ( Inquiry Complete Event, Page Scan Repetition Mode Change Event и т.д.).

На рис. 8.9 показан формат заголовка кадра протокола Bluetooth. Структура заголовка регламентируется уровнем baseband.

Формат кадров

Рис. 8.9. Формат кадров

Предусмотрено три типа кодов доступа: CAC (Channel Access Code — код доступа к каналу), DAC (Device Access Code — код доступа к устройству) и IAC (Inquiry Access Code – код запроса). Код доступа к каналу CAC идентифицирует пикосеть, в то время как DAC используется для запросов соединения и для их откликов (paging). IAC служит для информационных запросов. Поле код синхронизации (64 бита) состоит из 24-битового адреса узла — инициатора соединения (paging).

Алгоритм вычисления адреса узла обеспечивает достаточно большое расстояние Хэмминга между разными синхрокодами, что гарантирует невозможность перепутывания идентификаторов разных устройств даже в случае приема их с ошибками. Поле хвостовик служит для обеспечения балансировки сигнала по постоянному току и синхронизации. 18-битовый заголовок кадра повторяется трижды (18*3=54 бита), он содержит в себе флаги подтверждения и нумерации, а также средства управления потоком. Поле адрес (AM_ADDR — 3 бита — MAC-адрес) определяет один из восьми узлов, которому предназначен кадр. AM_ADDR однозначно определяет один из сетевых клиентов пикосети. Поле тип (4 бита) характеризует тип передаваемого кадра (ACL, SCO, опрос или пустой кадр), метод коррекции ошибок и число временных интервалов, из которых состоит кадр. Бит FLOW (поток) устанавливается подчиненным узлом и уведомляет о том, что его буфер заполнен. Бит ACK (подтверждение) указывает на подтверждение, посылаемое вместе с кадром. Если этот бит =1, предыдущий пакет успешно доставлен. Бит SEQN (последовательность) служит для нумерации кадров, что помогает обнаруживать повторные передачи. Для каждого очередного пакета этот бит инвертируется. Данный протокол предполагает ожидание, поэтому одного бита оказывается достаточно.

Поле HEC представляет собой 8-битовую контрольную сумму. Принимающая сторона анализирует все три копии заголовка бит за битом. Значение бита определяется мажоритарной схемой (2 или 3 совпадающие бита из трех определяют истинное значение).

В кадрах ACL используются разные форматы данных. Возможны три варианта: 80, 160 и 240 бит, оставшееся место используется для коррекции ошибок. По этой причине вариант с 80 битами самый надежный: при этом данные повторяются три раза ( 80*3=240 ). Фактически применяется тот же прием, что и в случае заголовка. Поле данных кадра SCO всегда имеет 240 бит. Так как подчиненные узлы могут использовать только нечетные временные домены, им достается 800 доменов в секунду, столько же получает и главный узел. При 80 битах данных в кадре подчиненный узел может передать 64 кбит/c. Этого вполне достаточно для голосового обмена. При самом ненадежном варианте (240 бит данных на кадр) можно иметь три полнодуплексных голосовых связи. Это и ограничивает максимальное число SCO соединений.

Существует 4 категории пакетов Bluetooth. К первой категории относятся пакеты, общие для всех видов соединений (NULL, POLL, FHS, DM1). Три другие описывают пакеты различной длины: ко второй относятся однослотовые кадры, а к четвертой — кадры, занимающие пять временных слотов. Большинство типов пока не определены. ID-кадры имеют длину 64 бита и используются для пейджинга и запросов. NULL-кадры содержат поля лишь кода доступа и заголовка и используются для передачи подтверждений. Кадры POLL похожи на NULL, но требуют от получателя отклика. Пакеты рассматриваются как широковещательные в пикосети, если поле адреса имеет нулевое значение. Прием широковещательных кадров никогда не подтверждается, а для надежности они передаются несколько раз.

Кадры FHS содержат информацию об адресе, классе устройства и о тактовой частоте передатчика. Эти кадры используются при инициализации новой пикосети или при смене схемы переключения несущей частоты. К этой категории следует отнести и кадры DM1, транспортирующие управляющую информацию. Для синхронных соединений определены несколько кадров, различающихся длиной, HV1, HV2 и HV3 с длинами поля данных 10, 20 и 30 байт, соответственно. Тип кадров HV (High quality Voice) предназначен для трансляции голосовых потоков. Тип кадра DV предназначен для передачи как голоса, так и данных и содержит 80 бит для голоса и 150 бит для данных. Блок данных защищается посредством CRC и в случае ошибки может пересылаться повторно.

Как и для всех радиосредств коммуникации, для Bluetooth проблема безопасности крайне актуальна. Безопасность протокола обеспечивается с помощью механизма аутентификации и шифрования передаваемых данных. Ключ авторизации имеет 128 бит. Длина ключа шифрования может лежать в пределах 8-128 бит. Кроме того, целям безопасности служат ключи соединения (link key), которые могут быть полупостоянными и временными. Первые хранятся в энергонезависимой памяти, вторые — обновляются при каждом соединении. Устройство может генерировать свой ключ (unit key). Возможно формирование совместного ключа (combination key), при его вычислении используется информация от обоих участников будущего обмена. Особое место занимает мастер-ключ (master key), используемый для рассылки данных нескольким узлам одновременно (используется вместо текущего ключа соединения (current link key)). Для выполнения аутентификации устройству нужно получить от партнера случайное число, сформировать на основе него и своего BD_ADDR некоторый код и отослать его партнеру, который проверяет его корректность. Если общий ключ не сгенерирован, формируется инициализационный ключ. Инициатор процедуры посылает партнеру случайное число, которое в сочетании с идентификатором BD_ADDR последнего образует инициализационный ключ.

Для решения проблем беспроводной связи на уровне города разработан стандарт IEEE 802.16.

Виталий Гордиевских
Виталий Гордиевских

Здравстивуйте, диплом о профессиональной переподготовке по программе "Сетевые технологии" дает право на ведение профессиональной деятельности в какой сфере? Что будет написано в дипломе? (В образце просто ничего неуказано)

Напимер мне нужно чтоб он подходил для направления 09.03.01 Информатика и вычислительная техника

Андрей Осипов
Андрей Осипов

Здравствуйте! Хотелось бы прояснить следующий вопрос: у МТИ приостановлена государственная аккредитация и когда будет восстановлена- неизвестно, а в диплом о профпереподготовке выдается на базе МТИ (как я понял). Как будет обстоять дело с получением диплома?

Вопрос важный и актуальный, потому что необходимо срочно пройти обучение и получить диплом и не хотелось бы тратить время и платить деньги зря (если диплом окажется недействительным и т.п.). Разъясните, пожалуйста, подробнее ситуацию.

Андрей Панков
Андрей Панков
Россия, г. Челябинск, Южно-Уральский государственный университет, 2012