Δημοσιεύτηκε: 13 Ιαν 2009, 21:58
[1] Εισαγωγή και λειτουργία της ασύρματης τεχνολογίας
Η τεχνολογία bluetooth είναι μια ανοιχτή, παγκόσμια προδιαγραφή ασύρματης επικοινωνίας μικρής εμβέλειας, χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, στη μη αδειοδοτημένη ραδιοσυχνότητα ISM (Industrial, Scientific and Medical band) των 2.4 GHz. Καταργεί καλώδια για τη διασύνδεση συσκευών οικιακής ή επαγγελματικής χρήσης, αλλά η εφαρμογές της περιορίζονται μόνο από τη φαντασία. Το κινητό τηλέφωνο θα μπορούσε, λόγου χάριν, να ελέγχει λειτουργίες του "έξυπνου σπιτιού", όπως τη ρύθμιση του κλιματιστικού και του φωτισμού, τον τηλεχειρισμό του ηχοσυστήματος και της τηλεόρασης ή τη λειτουργία του καυστήρα τηλεθέρμανσης. Λειτουργεί συνεχώς αθόρυβα και αυτόματα, προσφέροντας ένα μεγάλο εύρος υπηρεσιών στο παρασκήνιο.
Η γνωστή σουηδική εταιρία Ericsson οραματίστηκε αρχικά το 1994 ένα τρόπο επικοινωνίας κινητών συσκευών για μικρές αποστάσεις, γύρω στα 10 μέτρα. Το 1998 οι κολοσσοί Ericsson, IBM, Intel, Nokia, και Toshiba δημιούργησαν την επιτροπή BLUETOOTH SIG (Special Interest Group) για την ανάπτυξη της εν λόγω τεχνολογίας. Έκτοτε, περισσότερες από 2000 εταιρίες, μεταξύ αυτών και οι μεγαλύτεροι κατασκευαστές Η/Υ, κινητών τηλεφώνων και προσωπικών ψηφιακών βοηθών (PDA) συμμετέχουν ενεργά σε αυτόν.
Bluetooth ήταν το ψευδώνυμο του Βασιλέως της Δανιμαρκίας από το 940 ως το 981μ.Χ Harald Blaetand II, ο οποίος ενοποίησε τη Δανία με τμήμα της Νορβηγίας υπό τη θρησκεία του Χριστιανισμού.
Τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας:
* Είναι ασύρματη και αυτόματη. Δε χρειάζονται καλώδια, μετατροπείς και συνδέσεις. Οι συσκευές αυτοαναγνωρίζονται και επικοινωνούν μεταξύ τους χωρίς τη βοήθεια του χρήστη, παρά μόνο σε ειδικές περιπτώσεις, π.χ. για την πληκτρολόγηση κωδικού πρόσβασης.
* Το κόστος κατασκευής του κυκλώματος είναι χαμηλό. Οικονομικοί αναλυτές υπολογίζουν την τιμή του μικροκυκλώματος στα 15-20,-€ και μελλοντικά στα 5,-€.
* Η ραδιοσυχνότητα λειτουργίας είναι ελεγχόμενη, αλλά ελεύθερη. Οι ίδιες συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν παντού στον πλανήτη (και στο διάστημα) χωρίς προβλήματα.
* Η τεχνολογία ελέγχει τη μετάδοση δεδομένων και φωνής. Οι εφαρμογές μπορούν να διαχειριστούν τα πλεονεκτήματα και των δύο μέσων μετάδοσης. Συνομιλία με handsfree μέσω φορητού υπολογιστή και ηχογράφηση ή εκτύπωση της συνομιλίας.
* Η ζεύξη είναι αμφίδρομη και περνά μέσα από τείχους και συρτάρια, η αναπήδηση συχνότητας (frequency hopping), ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο διακοπής ή παρεμβολών στην επικοινωνία.
* Η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων είναι 1 Mb/s (Gross Data Rate).
Εφαρμογές:
* Μεταφορά αρχείων
* Ad hoc δικτύωση. Στιγμιαία δημιουργία και αυτοδιαχείριση ασύρματου δικτύου κινητών συσκευών.
* Συγχρονισμός δεδομένων μεταξύ πολλών συσκευών.
* Διασύνδεση περιφερειακών.
* Αξεσουάρ αυτοκινήτου.
* Πληρωμές μέσω κινητού. Καφεδάκι από αυτόματο μηχάνημα με χρέωση του τηλεφωνικού μας λογαριασμού.
Η εμβέλεια ισχύος σήματος χωρίζεται σε τρεις κλάσεις:
* Class 1. 100mW - 100m (Συσκευές συνεχούς τροφοδοσίας, συνήθως Η/Υ ή σημεία πρόσβασης AP).
* Class 2. 2.5mW - 20m (Κάρτες PCMCIA, USB-BT Adaptors, PDAs).
* Class 3. 1mW - 10m (Φορητά τηλέφωνα, μικροσυσκευές με μπαταρίες ή ηλιακές κυψέλες).
Λειτουργίες χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας:
* SNIFF MODE - Μικρή κατανάλωση. Η δευτερεύουσα συσκευή (slave) βρίσκεται σε ακρόαση, χωρίς ενεργό ρόλο στο δίκτυο.
* HOLD MODE - Μικρότερη. Δε μεταφέρει δεδομένα, αλλά παραμένει συγχρονισμένη. Διατηρεί την ενεργή διεύθυνση δικτύου.
* PARK MODE - Ελάχιστη. Δε μεταφέρει δεδομένα, ούτε διατηρεί ενεργή διεύθυνση.
Η ασφάλεια των επικοινωνιών, ειδικότερα δε των ασυρμάτων, ως θέμα συζήτησης και πεδίο αναζήτησης δεν εξαντλείται. Στη συγκεκριμένη τεχνολογία, η αυθεντικοποίηση, η εξουσιοδότηση και η κρυπτογράφηση (authentication, authorization, encryption) προσφέρουν ένα ικανοποιητικό επίπεδο ασφάλειας, δεδομένης και της μικρής εμβέλειας του σήματος.
[2] Τοπολογία ατομικού δικτύου PAN (Personal Area Network)
Πολλά, μικρά και ευέλικτα δίκτυα ασύρματων μικροσυσκευών είναι πιθανότατα ένα από τα επικρατέστερα σενάρια για το προσεχές μέλλον. Τα δίκτυα αυτά οφείλουν να σχεδιαστούν έτσι ώστε:
1. Να λειτουργούν σε περιβάλλον πολλαπλής αναπήδησης - multi hop (δε βρίσκονται όλες οι συσκευές στο εύρος της ραδιοσυχνότητας).
2. Να εγγυώνται την αυτοδιόρθωση της λειτουργίας του δικτύου. Συγκεκριμένα, πρέπει να χειρίζονται α) την είσοδο νέων συσκευών στο δίκτυο β) την κινητικότητα των συσκευών γ) την απενεργοποίηση ή τα σφάλματα λειτουργίας των συσκευών.
3. Ο χρόνος διάρθρωσης / δόμησης του δικτύου να είναι περιορισμένος.
4. Να επιτύχουν τη βέλτιστη τοπολογία.
Με τη δημοσίευση του προτύπου PAN (Personal Area Network - IEEE 802.15.1), σύμφωνα με τις βιομηχανικές προδιαγραφές της τεχνολογίας bluetooth και βασισμένο στους αλγόριθμους SHAPER (τοπολογία δένδρου με τα παραπάνω χαρακτηριστικά), και DSOA (Distributed Scatternet Optimization Algorithm), είναι εφικτή η δημιουργία τέτοιων δικτύων (SHAPER + DSOA = SHAPER-OPT).
Συσκευές με ενσωματωμένη τη συγκεκριμένη τεχνολογία οργανώνονται σε ομάδες με την ονομασία piconets. Κάθε ένα από αυτά αποτελείται από μια πρωτεύουσα συσκευή (master) και ως επτά δευτερεύουσες (slave) εν ενεργεία. Μια πρωτεύουσα και μία μόνο δευτερεύουσα συσκευή χρησιμοποιούν την από σημείο προς σημείο - point to point επικοινωνία. Αν υπάρχουν πολλές δευτερεύουσες, τότε η επικοινωνία γίνεται από σημείο προς πολλά σημεία - point to multipoint. Η πρωτεύουσα συσκευή αναλαμβάνει τη διαχείριση και το συγχρονισμό συχνότητας του δικτύου με τη χρήση της χρονοδιαιρετικής αμφίδρομης επικοινωνίας (time division multiplex), εκπέμποντας συνεχώς χρονοθυρίδες (time slots) με πακέτα δεδομένων. Ένα πακέτο (packet) καλύπτει μία χρονοθυρίδα, αλλά μπορεί να επεκταθεί καλύπτοντας μέχρι και πέντε. Η δευτερεύουσα απαντά, μόνο αν η ληφθείσα χρονοθυρίδα περιέχει πληροφορίες για αυτήν. Κάθε συσκευή ενός piconet μπορεί να επικοινωνήσει με μια άλλη σε ένα άλλο piconet, δημιουργώντας ένα scatternet. Μια πρωτεύουσα συσκευή σε ένα piconet μπορεί να έχει το ρόλο μιας δευτερεύουσας σε ένα άλλο (μικτή λειτουργία), μια δευτερεύουσα μπορεί να συμμετάσχει σε δύο piconets, αλλά ένα piconet μπορεί να έχει μόνο μία πρωτεύουσα.
Εικόνα 1. Ένα Scatternet αποτελούμενο από τρία piconets, οχτώ slaves,
δύο masters και μία συσκευή μικτής λειτουργίας - master/slave.
[3] Το πρωτόκολλο (Bluetooth Protocol Stack)
Η επιτροπή BLUETOOTH SIG έχει δημοσιεύσει τις προδιαγραφές με όλες τις λεπτομέρειες γύρω από το πρωτόκολλο και θέματα συμβατότητας συσκευών σε ένα πλήρες κείμενο ( Έκδοση 1.2) που περιέχει γύρω στις 1500 σελίδες. Στη συνέχεια θα αποδοθεί παραστατικά και σε γενικές γραμμές η όλη λειτουργία του πρωτοκόλλου. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται η αρχιτεκτονική της τεχνολογίας bluetooth σε υψηλό επίπεδο (high level view).
Εικόνα 2. Η αρχιτεκτονική του πρωτοκόλλου.
Οι λειτουργίες των επιπέδων είναι οι εξής:
* Η ασύρματη μονάδα (radio) είναι η φυσική σύνδεση. Για την αποφυγή διενέξεων στη συχνότητα ISM χρησιμοποιείται η αναπήδηση συχνότητας εύρους ζώνης(FHSS). Το πρωτόκολλο διαιρεί τη συχνότητα των 2.4 GHz σε 79 κανάλια (channels) με 1 MHz έκαστο (από 2.402 ως 2.480 GHz). Η αναπήδηση από κανάλι σε κανάλι συμβαίνει 1.600 φορές ανά δευτερόλεπτο. Το μήκος κύματος ξεκινά από τα 10 εκατοστά ως τα 10 μέτρα. Με την ανάλογη αύξηση ενέργειας, μπορεί να φθάσει τα 100 μέτρα.
* Η μονάδα ελέγχου ζεύξης (baseband) είναι υπεύθυνη για τον έλεγχο,την αποστολή και λήψη πακέτων δεδομένων μέσω της ασύρματης ζεύξης. Παρέχει κανάλια αναμετάδοσης για δεδομένα τύπου: α) ACL (Asynchronous Connectionless Link - 732.2 kbit/sec up / 57.6 kbit/sec down) και β) SCO ( Synchronous Connection Oriented link - 433.9 kbit/sec up / 433.9 kbit/sec down), καθώς και τρία κανάλια αναμετάδοσης φωνής (64 kbit/sec έκαστο). Τα πακέτα ACL αναμεταδίδονται για να εξασφαλίσουν την ορθή αποστολή τους (όπως τα αντίστοιχα TCP/IP), ενώ τα πακέτα SCO όχι.
* Η διεύθυνση ζεύξης LMP (Link Manager Protocol) δημιουργεί τις απαραίτητες συνδέσεις και διαχειρίζεται τη δικτύωση. Παρέχει επίσης υπηρεσίες για την αυθεντικοποίηση και ασφάλεια των συνδέσεων, παρακολουθώντας παράλληλα και την ποιότητα των υπηρεσιών του ατομικού δικτύου.
* Η διαχείριση ζεύξης HCI (Host Controller Interface) είναι η διαχωριστική γραμμή ανάμεσα στο λογισμικό και το υλικό του πομποδέκτη. Τα ανώτερα επίπεδα είναι μέρος του λογισμικού, ενώ τα κατώτερα ενσωματωμένα στο υλικό της συσκευής. Είναι προαιρετικό επίπεδο, μπορεί να προσπελαστεί από την εφαρμογή ή άλλα υποστηριζόμενα πρωτόκολλα.
* Οι Λειτουργίες λογισμικού L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol) δέχονται εντολές και δεδομένα εφαρμογών από τα ανώτερα επίπεδα. Με την κατάλληλη επεξεργασία και διερμηνεία, μεταφέρονται στα κατώτερα. Παράμετροι υπηρεσιών ποιότητας (QoS) ανταλλάσσονται σε αυτό το επίπεδο.
Η δημιουργία μιας ασύρματης δικτυακής σύνδεσης bluetooth. (behind the scenes)
Όταν μια συσκευή δεν είναι συνδεδεμένη σε ένα δίκτυο piconet, βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής. Στην κατάσταση αυτή, η συσκευή 'ακούει' για μηνύματα κάθε 1.28 δευτερόλεπτα μέσω 32 αναπηδήσεων. Όταν η πρώτη συσκευή επιθυμεί να συνδεθεί, στέλνει 16 όμοια μηνύματα (page messages) σε 16 αναπηδήσεις. Αν η δεύτερη συσκευή δεν αποκριθεί, η πρώτη αναμεταδίδει τα όμοια μηνύματα στις υπόλοιπες 16 αναπηδήσεις. Μόλις η δεύτερη συσκευή αποκριθεί, συγχρονίζονται και ξεκινά η επιθυμητή μορφή μετάδοσης της επικοινωνίας.
Για να γίνει ευνόητη η ασύρματη σύνδεση, ας υποθέσουμε ότι η Σοφία, κατά την είσοδό της σε ένα χώρο με πρόσβαση bluetooth, επιθυμεί να δει τα μηνύματα του ηλεκτρονικού της ταχυδρομείου με τη βοήθεια του έξυπνου κινητού της.
1. Ανίχνευση. Σε ένα άγνωστο περιβάλλον, η συσκευή ψάχνει για ένα σημείο πρόσβασης AP (Access Point). Απαντούν αρκετά και η συσκευή επιλέγει ένα.
2. Συγχρονισμός ρολογιού (paging). Η συσκευή συντονίζεται με το σημείο πρόσβασης.
3. Δημιουργία σύνδεσης. Η διεύθυνση ζεύξης συνδέεται με το σημείο πρόσβασης.
4. Εύρεση υπηρεσιών. Η διεύθυνση ζεύξης με τη χρήση του ελεγκτή υπηρεσιών SDP (Service Discovery Protocol) αναζητά τις υπηρεσίες που προσφέρει το σημείο πρόσβασης.
5. Δημιουργία επικοινωνίας L2CAP. Η διεύθυνση ζεύξης με τις πληροφορίες που απέκτησε από τον ελεγκτή υπηρεσιών δημιουργεί ένα κανάλι επικοινωνίας L2CAP με το σημείο πρόσβασης. Η εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτό το κανάλι άμεσα ή να δημιουργήσει ένα νέο σε ανώτερο επίπεδο, όπως την προσομοίωση σειριακής σύνδεσης RFCOMM (Radio Frequency Communications Protocol).
6. Δημιουργία προσομοίωσης σειριακής σύνδεσης. Η σύνδεση αυτή επιτρέπει σε μια εφαρμογή που χρησιμοποιεί σειριακή σύνδεση να αποκτήσει πρόσβαση στη συσκευή bluetooth, μέσω της εικονικής σειριακής θύρας, χωρίς τροποποιήσεις.
7. Αυθεντικοποίηση. Αν απαιτείται από το σημείο πρόσβασης, η Σοφία πρέπει να εισάγει ένα κωδικό PIN για να αποκτήσει πρόσβαση στην υπηρεσία. Για λόγους ασφαλείας, ο κωδικός δεν αναμεταδίδεται, παρά ένα παραγόμενο από αυτόν κλειδί. Είναι το τελευταίο και μοναδικό στάδιο όπου ο χρήστης επεμβαίνει για τη δημιουργία του δικτύου.
8. Αν η συσκευές χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο PPP over RFCOMM, η Σοφία μπορεί να πληκτρολογήσει το όνομα χρήστη και τον κωδικό σύνδεσης για τον ηλεκτρονικό της λογαριασμό.
9. Αποστολή και λήψη δεδομένων. Ο πελάτης ηλεκτρονικού ταχυδρομείου και το σημείο πρόσβασης πλέον χρησιμοποιούν γνωστά δικτυακά πρωτόκολλα, όπως TCP/IP για την ανταλλαγή δεδομένων.
Τα προφίλ του πρωτοκόλλου (bluetooth profiles).
Τα προφίλ του πρωτοκόλλου (λογισμικό) αποσκοπούν στη διασφάλιση της συμβατότητας μεταξύ των εφαρμογών και των συσκευών που υποστηρίζουν την τεχνολογία αυτή. Ένα προφίλ ορίζει τις προϋποθέσεις και δυνατότητες για συγκεκριμένα είδη εφαρμογών. Ομάδες εργασίας της επιτροπής SIG σχηματοποιούνται και αναπτύσσουν συνεχώς τα νέα προφίλ της τεχνολογίας ή βελτιώνουν τα ήδη υπάρχοντα. Ας σημειωθεί ότι χωρίς την υποστήριξη ενός κοινού προφίλ είναι αδύνατο να επικοινωνήσουν οι συσκευές μεταξύ τους. Παρακάτω αναφέρονται τα κυριότερα:
* Προφίλ γενικής πρόσβασης GAP (Generic Access Profile). διασφαλίζει διεργασίες σύνδεσης, αναζήτησης συσκευών και διαχείρισης ζεύξης. Επίσης ορίζει τις διεργασίες διαφορετικών επιπέδων ασφάλειας και παραμέτρων διεπαφής χρήστη. Όλες οι συσκευές bluetooth πρέπει τουλάχιστον να το υποστηρίζουν.
* Προφίλ αναζήτησης συσκευών και εφαρμογών SDAP (Service Discovery Application and Profile). Επιτρέπει σε μια εφαρμογή λογισμικού της συσκευής να εντοπίσει πληροφορίες για τις δυνατότητες και υπηρεσίες μιας άλλης.
* Προφίλ σειριακής θύρας SPP (Serial Port Profile). Χρησιμοποιείται για την προσομοίωση σειριακής σύνδεσης με τη χρήση του επιπέδου RFCOMM.
* Προφίλ πρόσβασης σε τοπικό δίκτυο LAN. Ορίζει τον τρόπο πρόσβασης σε τοπικό δίκτυο με τη χρήση του πρωτοκόλλου PPP.
* Προφίλ συγχρονισμού SP (Synchronization Profile). Ορίζει τις απαιτήσεις εφαρμογών για το συγχρονισμό δεδομένων μεταξύ δύο ή περισσοτέρων συσκευών.
Η ασφάλεια του πρωτοκόλλου.
Τρεις επιλογές χρησιμοποιούνται για την ασφάλεια:
1. Ψευδο-τυχαία αναπήδηση συχνότητας. Αποτρέπει την παρακολούθηση της συχνότητας μέσω του συγχρονισμού αναπήδησης συχνότητας.
2. Αυθεντικοποίηση. Επιτρέπει σε ένα χρήστη να περιορίσει την πρόσβαση μόνο σε συγκεκριμένες, ήδη αναγνωρισμένες συσκευές.
3. Κρυπτογράφηση. Χρησιμοποιεί κρυφά κλειδιά για την αποτροπή ανάγνωσης των δεδομένων από μη εξουσιοδοτημένους χρήστες.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το προφίλ γενικής πρόσβασης ορίζει επίσης ένα μοντέλο ασφάλειας τριών επιπέδων:
* Επίπεδο 1. Μη ασφαλής λειτουργία.
* Επίπεδο 2. Ασφαλής λειτουργία σε επίπεδο υπηρεσιών.
* Επίπεδο 3. Ασφαλής λειτουργία σε επίπεδο ζεύξης.
Η μέθοδος αυθεντικοποίησης του πρωτοκόλλου εγκρίνει τη συσκευή και όχι το χρήστη ή ιδιοκτήτη, ο οποίος οφείλει να προφυλάξει τη συσκευή του από κακόβουλους. Το θέμα αφορά ραδιοσυχνότητες και η υποκλοπή με τα κατάλληλα εργαλεία (wirelless sniffers, radio decoders etc.) είναι αδύνατο να αποκλειστεί, απαιτεί όμως την κατάλληλη τεχνογνωσία και τον αντίστοιχο εξοπλισμό.
Η τεχνολογία bluetooth είναι μια ανοιχτή, παγκόσμια προδιαγραφή ασύρματης επικοινωνίας μικρής εμβέλειας, χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, στη μη αδειοδοτημένη ραδιοσυχνότητα ISM (Industrial, Scientific and Medical band) των 2.4 GHz. Καταργεί καλώδια για τη διασύνδεση συσκευών οικιακής ή επαγγελματικής χρήσης, αλλά η εφαρμογές της περιορίζονται μόνο από τη φαντασία. Το κινητό τηλέφωνο θα μπορούσε, λόγου χάριν, να ελέγχει λειτουργίες του "έξυπνου σπιτιού", όπως τη ρύθμιση του κλιματιστικού και του φωτισμού, τον τηλεχειρισμό του ηχοσυστήματος και της τηλεόρασης ή τη λειτουργία του καυστήρα τηλεθέρμανσης. Λειτουργεί συνεχώς αθόρυβα και αυτόματα, προσφέροντας ένα μεγάλο εύρος υπηρεσιών στο παρασκήνιο.
Η γνωστή σουηδική εταιρία Ericsson οραματίστηκε αρχικά το 1994 ένα τρόπο επικοινωνίας κινητών συσκευών για μικρές αποστάσεις, γύρω στα 10 μέτρα. Το 1998 οι κολοσσοί Ericsson, IBM, Intel, Nokia, και Toshiba δημιούργησαν την επιτροπή BLUETOOTH SIG (Special Interest Group) για την ανάπτυξη της εν λόγω τεχνολογίας. Έκτοτε, περισσότερες από 2000 εταιρίες, μεταξύ αυτών και οι μεγαλύτεροι κατασκευαστές Η/Υ, κινητών τηλεφώνων και προσωπικών ψηφιακών βοηθών (PDA) συμμετέχουν ενεργά σε αυτόν.
Bluetooth ήταν το ψευδώνυμο του Βασιλέως της Δανιμαρκίας από το 940 ως το 981μ.Χ Harald Blaetand II, ο οποίος ενοποίησε τη Δανία με τμήμα της Νορβηγίας υπό τη θρησκεία του Χριστιανισμού.
Τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας:
* Είναι ασύρματη και αυτόματη. Δε χρειάζονται καλώδια, μετατροπείς και συνδέσεις. Οι συσκευές αυτοαναγνωρίζονται και επικοινωνούν μεταξύ τους χωρίς τη βοήθεια του χρήστη, παρά μόνο σε ειδικές περιπτώσεις, π.χ. για την πληκτρολόγηση κωδικού πρόσβασης.
* Το κόστος κατασκευής του κυκλώματος είναι χαμηλό. Οικονομικοί αναλυτές υπολογίζουν την τιμή του μικροκυκλώματος στα 15-20,-€ και μελλοντικά στα 5,-€.
* Η ραδιοσυχνότητα λειτουργίας είναι ελεγχόμενη, αλλά ελεύθερη. Οι ίδιες συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν παντού στον πλανήτη (και στο διάστημα) χωρίς προβλήματα.
* Η τεχνολογία ελέγχει τη μετάδοση δεδομένων και φωνής. Οι εφαρμογές μπορούν να διαχειριστούν τα πλεονεκτήματα και των δύο μέσων μετάδοσης. Συνομιλία με handsfree μέσω φορητού υπολογιστή και ηχογράφηση ή εκτύπωση της συνομιλίας.
* Η ζεύξη είναι αμφίδρομη και περνά μέσα από τείχους και συρτάρια, η αναπήδηση συχνότητας (frequency hopping), ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο διακοπής ή παρεμβολών στην επικοινωνία.
* Η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων είναι 1 Mb/s (Gross Data Rate).
Εφαρμογές:
* Μεταφορά αρχείων
* Ad hoc δικτύωση. Στιγμιαία δημιουργία και αυτοδιαχείριση ασύρματου δικτύου κινητών συσκευών.
* Συγχρονισμός δεδομένων μεταξύ πολλών συσκευών.
* Διασύνδεση περιφερειακών.
* Αξεσουάρ αυτοκινήτου.
* Πληρωμές μέσω κινητού. Καφεδάκι από αυτόματο μηχάνημα με χρέωση του τηλεφωνικού μας λογαριασμού.
Η εμβέλεια ισχύος σήματος χωρίζεται σε τρεις κλάσεις:
* Class 1. 100mW - 100m (Συσκευές συνεχούς τροφοδοσίας, συνήθως Η/Υ ή σημεία πρόσβασης AP).
* Class 2. 2.5mW - 20m (Κάρτες PCMCIA, USB-BT Adaptors, PDAs).
* Class 3. 1mW - 10m (Φορητά τηλέφωνα, μικροσυσκευές με μπαταρίες ή ηλιακές κυψέλες).
Λειτουργίες χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας:
* SNIFF MODE - Μικρή κατανάλωση. Η δευτερεύουσα συσκευή (slave) βρίσκεται σε ακρόαση, χωρίς ενεργό ρόλο στο δίκτυο.
* HOLD MODE - Μικρότερη. Δε μεταφέρει δεδομένα, αλλά παραμένει συγχρονισμένη. Διατηρεί την ενεργή διεύθυνση δικτύου.
* PARK MODE - Ελάχιστη. Δε μεταφέρει δεδομένα, ούτε διατηρεί ενεργή διεύθυνση.
Η ασφάλεια των επικοινωνιών, ειδικότερα δε των ασυρμάτων, ως θέμα συζήτησης και πεδίο αναζήτησης δεν εξαντλείται. Στη συγκεκριμένη τεχνολογία, η αυθεντικοποίηση, η εξουσιοδότηση και η κρυπτογράφηση (authentication, authorization, encryption) προσφέρουν ένα ικανοποιητικό επίπεδο ασφάλειας, δεδομένης και της μικρής εμβέλειας του σήματος.
[2] Τοπολογία ατομικού δικτύου PAN (Personal Area Network)
Πολλά, μικρά και ευέλικτα δίκτυα ασύρματων μικροσυσκευών είναι πιθανότατα ένα από τα επικρατέστερα σενάρια για το προσεχές μέλλον. Τα δίκτυα αυτά οφείλουν να σχεδιαστούν έτσι ώστε:
1. Να λειτουργούν σε περιβάλλον πολλαπλής αναπήδησης - multi hop (δε βρίσκονται όλες οι συσκευές στο εύρος της ραδιοσυχνότητας).
2. Να εγγυώνται την αυτοδιόρθωση της λειτουργίας του δικτύου. Συγκεκριμένα, πρέπει να χειρίζονται α) την είσοδο νέων συσκευών στο δίκτυο β) την κινητικότητα των συσκευών γ) την απενεργοποίηση ή τα σφάλματα λειτουργίας των συσκευών.
3. Ο χρόνος διάρθρωσης / δόμησης του δικτύου να είναι περιορισμένος.
4. Να επιτύχουν τη βέλτιστη τοπολογία.
Με τη δημοσίευση του προτύπου PAN (Personal Area Network - IEEE 802.15.1), σύμφωνα με τις βιομηχανικές προδιαγραφές της τεχνολογίας bluetooth και βασισμένο στους αλγόριθμους SHAPER (τοπολογία δένδρου με τα παραπάνω χαρακτηριστικά), και DSOA (Distributed Scatternet Optimization Algorithm), είναι εφικτή η δημιουργία τέτοιων δικτύων (SHAPER + DSOA = SHAPER-OPT).
Συσκευές με ενσωματωμένη τη συγκεκριμένη τεχνολογία οργανώνονται σε ομάδες με την ονομασία piconets. Κάθε ένα από αυτά αποτελείται από μια πρωτεύουσα συσκευή (master) και ως επτά δευτερεύουσες (slave) εν ενεργεία. Μια πρωτεύουσα και μία μόνο δευτερεύουσα συσκευή χρησιμοποιούν την από σημείο προς σημείο - point to point επικοινωνία. Αν υπάρχουν πολλές δευτερεύουσες, τότε η επικοινωνία γίνεται από σημείο προς πολλά σημεία - point to multipoint. Η πρωτεύουσα συσκευή αναλαμβάνει τη διαχείριση και το συγχρονισμό συχνότητας του δικτύου με τη χρήση της χρονοδιαιρετικής αμφίδρομης επικοινωνίας (time division multiplex), εκπέμποντας συνεχώς χρονοθυρίδες (time slots) με πακέτα δεδομένων. Ένα πακέτο (packet) καλύπτει μία χρονοθυρίδα, αλλά μπορεί να επεκταθεί καλύπτοντας μέχρι και πέντε. Η δευτερεύουσα απαντά, μόνο αν η ληφθείσα χρονοθυρίδα περιέχει πληροφορίες για αυτήν. Κάθε συσκευή ενός piconet μπορεί να επικοινωνήσει με μια άλλη σε ένα άλλο piconet, δημιουργώντας ένα scatternet. Μια πρωτεύουσα συσκευή σε ένα piconet μπορεί να έχει το ρόλο μιας δευτερεύουσας σε ένα άλλο (μικτή λειτουργία), μια δευτερεύουσα μπορεί να συμμετάσχει σε δύο piconets, αλλά ένα piconet μπορεί να έχει μόνο μία πρωτεύουσα.
Εικόνα 1. Ένα Scatternet αποτελούμενο από τρία piconets, οχτώ slaves,
δύο masters και μία συσκευή μικτής λειτουργίας - master/slave.
[3] Το πρωτόκολλο (Bluetooth Protocol Stack)
Η επιτροπή BLUETOOTH SIG έχει δημοσιεύσει τις προδιαγραφές με όλες τις λεπτομέρειες γύρω από το πρωτόκολλο και θέματα συμβατότητας συσκευών σε ένα πλήρες κείμενο ( Έκδοση 1.2) που περιέχει γύρω στις 1500 σελίδες. Στη συνέχεια θα αποδοθεί παραστατικά και σε γενικές γραμμές η όλη λειτουργία του πρωτοκόλλου. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται η αρχιτεκτονική της τεχνολογίας bluetooth σε υψηλό επίπεδο (high level view).
Εικόνα 2. Η αρχιτεκτονική του πρωτοκόλλου.
Οι λειτουργίες των επιπέδων είναι οι εξής:
* Η ασύρματη μονάδα (radio) είναι η φυσική σύνδεση. Για την αποφυγή διενέξεων στη συχνότητα ISM χρησιμοποιείται η αναπήδηση συχνότητας εύρους ζώνης(FHSS). Το πρωτόκολλο διαιρεί τη συχνότητα των 2.4 GHz σε 79 κανάλια (channels) με 1 MHz έκαστο (από 2.402 ως 2.480 GHz). Η αναπήδηση από κανάλι σε κανάλι συμβαίνει 1.600 φορές ανά δευτερόλεπτο. Το μήκος κύματος ξεκινά από τα 10 εκατοστά ως τα 10 μέτρα. Με την ανάλογη αύξηση ενέργειας, μπορεί να φθάσει τα 100 μέτρα.
* Η μονάδα ελέγχου ζεύξης (baseband) είναι υπεύθυνη για τον έλεγχο,την αποστολή και λήψη πακέτων δεδομένων μέσω της ασύρματης ζεύξης. Παρέχει κανάλια αναμετάδοσης για δεδομένα τύπου: α) ACL (Asynchronous Connectionless Link - 732.2 kbit/sec up / 57.6 kbit/sec down) και β) SCO ( Synchronous Connection Oriented link - 433.9 kbit/sec up / 433.9 kbit/sec down), καθώς και τρία κανάλια αναμετάδοσης φωνής (64 kbit/sec έκαστο). Τα πακέτα ACL αναμεταδίδονται για να εξασφαλίσουν την ορθή αποστολή τους (όπως τα αντίστοιχα TCP/IP), ενώ τα πακέτα SCO όχι.
* Η διεύθυνση ζεύξης LMP (Link Manager Protocol) δημιουργεί τις απαραίτητες συνδέσεις και διαχειρίζεται τη δικτύωση. Παρέχει επίσης υπηρεσίες για την αυθεντικοποίηση και ασφάλεια των συνδέσεων, παρακολουθώντας παράλληλα και την ποιότητα των υπηρεσιών του ατομικού δικτύου.
* Η διαχείριση ζεύξης HCI (Host Controller Interface) είναι η διαχωριστική γραμμή ανάμεσα στο λογισμικό και το υλικό του πομποδέκτη. Τα ανώτερα επίπεδα είναι μέρος του λογισμικού, ενώ τα κατώτερα ενσωματωμένα στο υλικό της συσκευής. Είναι προαιρετικό επίπεδο, μπορεί να προσπελαστεί από την εφαρμογή ή άλλα υποστηριζόμενα πρωτόκολλα.
* Οι Λειτουργίες λογισμικού L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol) δέχονται εντολές και δεδομένα εφαρμογών από τα ανώτερα επίπεδα. Με την κατάλληλη επεξεργασία και διερμηνεία, μεταφέρονται στα κατώτερα. Παράμετροι υπηρεσιών ποιότητας (QoS) ανταλλάσσονται σε αυτό το επίπεδο.
Η δημιουργία μιας ασύρματης δικτυακής σύνδεσης bluetooth. (behind the scenes)
Όταν μια συσκευή δεν είναι συνδεδεμένη σε ένα δίκτυο piconet, βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής. Στην κατάσταση αυτή, η συσκευή 'ακούει' για μηνύματα κάθε 1.28 δευτερόλεπτα μέσω 32 αναπηδήσεων. Όταν η πρώτη συσκευή επιθυμεί να συνδεθεί, στέλνει 16 όμοια μηνύματα (page messages) σε 16 αναπηδήσεις. Αν η δεύτερη συσκευή δεν αποκριθεί, η πρώτη αναμεταδίδει τα όμοια μηνύματα στις υπόλοιπες 16 αναπηδήσεις. Μόλις η δεύτερη συσκευή αποκριθεί, συγχρονίζονται και ξεκινά η επιθυμητή μορφή μετάδοσης της επικοινωνίας.
Για να γίνει ευνόητη η ασύρματη σύνδεση, ας υποθέσουμε ότι η Σοφία, κατά την είσοδό της σε ένα χώρο με πρόσβαση bluetooth, επιθυμεί να δει τα μηνύματα του ηλεκτρονικού της ταχυδρομείου με τη βοήθεια του έξυπνου κινητού της.
1. Ανίχνευση. Σε ένα άγνωστο περιβάλλον, η συσκευή ψάχνει για ένα σημείο πρόσβασης AP (Access Point). Απαντούν αρκετά και η συσκευή επιλέγει ένα.
2. Συγχρονισμός ρολογιού (paging). Η συσκευή συντονίζεται με το σημείο πρόσβασης.
3. Δημιουργία σύνδεσης. Η διεύθυνση ζεύξης συνδέεται με το σημείο πρόσβασης.
4. Εύρεση υπηρεσιών. Η διεύθυνση ζεύξης με τη χρήση του ελεγκτή υπηρεσιών SDP (Service Discovery Protocol) αναζητά τις υπηρεσίες που προσφέρει το σημείο πρόσβασης.
5. Δημιουργία επικοινωνίας L2CAP. Η διεύθυνση ζεύξης με τις πληροφορίες που απέκτησε από τον ελεγκτή υπηρεσιών δημιουργεί ένα κανάλι επικοινωνίας L2CAP με το σημείο πρόσβασης. Η εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτό το κανάλι άμεσα ή να δημιουργήσει ένα νέο σε ανώτερο επίπεδο, όπως την προσομοίωση σειριακής σύνδεσης RFCOMM (Radio Frequency Communications Protocol).
6. Δημιουργία προσομοίωσης σειριακής σύνδεσης. Η σύνδεση αυτή επιτρέπει σε μια εφαρμογή που χρησιμοποιεί σειριακή σύνδεση να αποκτήσει πρόσβαση στη συσκευή bluetooth, μέσω της εικονικής σειριακής θύρας, χωρίς τροποποιήσεις.
7. Αυθεντικοποίηση. Αν απαιτείται από το σημείο πρόσβασης, η Σοφία πρέπει να εισάγει ένα κωδικό PIN για να αποκτήσει πρόσβαση στην υπηρεσία. Για λόγους ασφαλείας, ο κωδικός δεν αναμεταδίδεται, παρά ένα παραγόμενο από αυτόν κλειδί. Είναι το τελευταίο και μοναδικό στάδιο όπου ο χρήστης επεμβαίνει για τη δημιουργία του δικτύου.
8. Αν η συσκευές χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο PPP over RFCOMM, η Σοφία μπορεί να πληκτρολογήσει το όνομα χρήστη και τον κωδικό σύνδεσης για τον ηλεκτρονικό της λογαριασμό.
9. Αποστολή και λήψη δεδομένων. Ο πελάτης ηλεκτρονικού ταχυδρομείου και το σημείο πρόσβασης πλέον χρησιμοποιούν γνωστά δικτυακά πρωτόκολλα, όπως TCP/IP για την ανταλλαγή δεδομένων.
Τα προφίλ του πρωτοκόλλου (bluetooth profiles).
Τα προφίλ του πρωτοκόλλου (λογισμικό) αποσκοπούν στη διασφάλιση της συμβατότητας μεταξύ των εφαρμογών και των συσκευών που υποστηρίζουν την τεχνολογία αυτή. Ένα προφίλ ορίζει τις προϋποθέσεις και δυνατότητες για συγκεκριμένα είδη εφαρμογών. Ομάδες εργασίας της επιτροπής SIG σχηματοποιούνται και αναπτύσσουν συνεχώς τα νέα προφίλ της τεχνολογίας ή βελτιώνουν τα ήδη υπάρχοντα. Ας σημειωθεί ότι χωρίς την υποστήριξη ενός κοινού προφίλ είναι αδύνατο να επικοινωνήσουν οι συσκευές μεταξύ τους. Παρακάτω αναφέρονται τα κυριότερα:
* Προφίλ γενικής πρόσβασης GAP (Generic Access Profile). διασφαλίζει διεργασίες σύνδεσης, αναζήτησης συσκευών και διαχείρισης ζεύξης. Επίσης ορίζει τις διεργασίες διαφορετικών επιπέδων ασφάλειας και παραμέτρων διεπαφής χρήστη. Όλες οι συσκευές bluetooth πρέπει τουλάχιστον να το υποστηρίζουν.
* Προφίλ αναζήτησης συσκευών και εφαρμογών SDAP (Service Discovery Application and Profile). Επιτρέπει σε μια εφαρμογή λογισμικού της συσκευής να εντοπίσει πληροφορίες για τις δυνατότητες και υπηρεσίες μιας άλλης.
* Προφίλ σειριακής θύρας SPP (Serial Port Profile). Χρησιμοποιείται για την προσομοίωση σειριακής σύνδεσης με τη χρήση του επιπέδου RFCOMM.
* Προφίλ πρόσβασης σε τοπικό δίκτυο LAN. Ορίζει τον τρόπο πρόσβασης σε τοπικό δίκτυο με τη χρήση του πρωτοκόλλου PPP.
* Προφίλ συγχρονισμού SP (Synchronization Profile). Ορίζει τις απαιτήσεις εφαρμογών για το συγχρονισμό δεδομένων μεταξύ δύο ή περισσοτέρων συσκευών.
Η ασφάλεια του πρωτοκόλλου.
Τρεις επιλογές χρησιμοποιούνται για την ασφάλεια:
1. Ψευδο-τυχαία αναπήδηση συχνότητας. Αποτρέπει την παρακολούθηση της συχνότητας μέσω του συγχρονισμού αναπήδησης συχνότητας.
2. Αυθεντικοποίηση. Επιτρέπει σε ένα χρήστη να περιορίσει την πρόσβαση μόνο σε συγκεκριμένες, ήδη αναγνωρισμένες συσκευές.
3. Κρυπτογράφηση. Χρησιμοποιεί κρυφά κλειδιά για την αποτροπή ανάγνωσης των δεδομένων από μη εξουσιοδοτημένους χρήστες.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το προφίλ γενικής πρόσβασης ορίζει επίσης ένα μοντέλο ασφάλειας τριών επιπέδων:
* Επίπεδο 1. Μη ασφαλής λειτουργία.
* Επίπεδο 2. Ασφαλής λειτουργία σε επίπεδο υπηρεσιών.
* Επίπεδο 3. Ασφαλής λειτουργία σε επίπεδο ζεύξης.
Η μέθοδος αυθεντικοποίησης του πρωτοκόλλου εγκρίνει τη συσκευή και όχι το χρήστη ή ιδιοκτήτη, ο οποίος οφείλει να προφυλάξει τη συσκευή του από κακόβουλους. Το θέμα αφορά ραδιοσυχνότητες και η υποκλοπή με τα κατάλληλα εργαλεία (wirelless sniffers, radio decoders etc.) είναι αδύνατο να αποκλειστεί, απαιτεί όμως την κατάλληλη τεχνογνωσία και τον αντίστοιχο εξοπλισμό.