블루투스 액세스 제어의 원리는 무엇인가요?

블루투스 기술 및 시스템 원리

UMTS "블루투스" 기술은 에릭슨, 노키아, 도시바 등 세계적으로 유명한 5개 ​​기업이 개발한 기술입니다. IBM(International Business Machines Corporation)과 Intel은 1998년 5월에 목표를 정했습니다.

1 Bluetooth 기술

<. p> "Bluetooth"는 원래 덴마크 황제 Hndd II의 이름이었습니다. 그는 유럽 중세 시대에 분열된 스웨덴, 핀란드, 덴마크의 통일에 불멸의 공헌을 했습니다. 스웨덴 에릭슨 회사는 곧 보편화될 이 무선 기술에 이 이름을 붙였습니다.

블루투스 기술은 무선 데이터 및 음성 통신을 위한 개방형 글로벌 표준으로, 저렴한 단거리 무선 연결을 기반으로 하며 고정식 및 모바일 장치에 대한 특수 연결을 제공합니다. 통신 환경을 위한 범위 무선 기술은 범용 무선 무선 인터페이스와 해당 제어 소프트웨어에 대한 개방형 표준을 확립하여 통신과 컴퓨터를 더욱 통합하고 다양한 제조업체에서 생산하는 휴대용 장치를 활성화하는 것입니다. 9mm 마이크로칩은 서로 연결하는 전선이나 케이블 없이 근거리 내 상호 운용성을 구현합니다. "블루투스" 기술의 기능은 소형 네트워크 장치(예: 모바일 PC, PDA, 휴대폰) 간의 통신을 단순화하는 것입니다. 무선 전화기나 휴대폰, 모뎀, 헤드셋 송수신기, PDA, 컴퓨터, 프린터, 슬라이드 프로젝터, LAN 등 사이에 전선, 케이블 및 커넥터를 추가할 필요가 없습니다. 또한 이 기술은 완전히 확장될 수 있습니다. 예를 들어 Bluetooth 기술이 휴대폰과 노트북에 도입되면 휴대폰과 노트북 사이의 번거로운 연결 케이블을 제거하고 프린터, PDA, 데스크톱 컴퓨터, 팩스, 키보드 및 무선으로 통신할 수 있습니다. 게임 콘솔과 기타 모든 디지털 장치는 Bluetooth 시스템의 일부가 될 수 있습니다. 또한 Bluetooth 무선 기술은 고정 네트워크에서 벗어나 개인 및 임시 연결 장치 그룹을 형성하기 위해 기존 디지털 네트워크 및 주변 장치에 공통 인터페이스를 제공합니다. /p>

"블루투스" 기술 무선 송수신기의 연결 거리는 직선에 국한되지 않고 최대 30피트까지 가능하며, 장치는 같은 방에 있지 않더라도 서로 연결될 수 있습니다. 최대 7개까지 여러 장치를 연결할 수 있으며, 사용자 주변의 장치를 연결하여 "개인 영역 네트워크"를 형성할 수 있습니다.

2 블루투스 시스템

블루투스 시스템에 대한 이해. 구조를 구성하기 전에 먼저 블루투스 시스템에서 일반적으로 사용되는 몇 가지 고유명사를 숙지하세요.

*피코넷: 블루투스 기술을 통해 함께 연결된 모든 장치는 피코넷으로 간주됩니다. 피코넷은 노트북과 휴대폰 등 두 대의 장치만 연결될 수도 있고, 8개의 장치가 함께 연결될 수도 있습니다. 피코넷에서는 모든 장치가 동일한 레벨의 단위이며 동일한 권한을 갖습니다. 하지만 피코넷 네트워크 초기에는 한 유닛은 마스터로, 나머지 유닛은 슬레이브로 정의되었습니다.

*마스터 장치: 마스터 장치, 즉 클록 및 주파수 호핑 시퀀스가 ​​다른 장치를 동기화하는 데 사용되는 피코넷의 장치입니다.

*슬레이브 장치: 슬레이브 장치, 즉 마스터가 아닌 피코넷의 모든 장치입니다.

* 스캐터넷(Scatternet): 여러 개의 독립적이고 비동기적인 피코넷이 스캐터넷을 형성합니다. * Mac 주소: 피코넷의 각 단위를 구별하기 위해 사용되는 3비트 주소.

주차 장치: 주차 장치, 즉 네트워크와 동기화되지만 Mac 주소가 없는 피코넷의 장치입니다.

*스니프 앤 홀드 모드: 스니프 앤 홀드 모드는 네트워크와 동기화되지만 에너지를 절약하기 위해 절전 상태로 들어가는 작업 모드입니다.

블루투스 시스템은 일반적으로 다음 4가지 기능 장치로 구성됩니다.

* 안테나 장치

*링크 제어(펌웨어) 장치

*링크 관리(소프트웨어) 유닛

*블루투스 소프트웨어(프로토콜) 유닛

2.1 안테나 유닛

블루투스는 안테나 부분이 매우 작고 가벼워야 합니다. 무게가 있으므로 Bluetooth 안테나는 마이크로스트립 안테나입니다. Bluetooth 무선 인터페이스는 0dBm의 안테나 레벨을 기반으로 합니다. 무선 인터페이스는 0dBm 레벨의 ISM 대역에 대한 FCC(연방통신위원회) 표준을 따릅니다. 글로벌 수준이 100MW 이상에 도달하면 확산 스펙트럼 기능을 사용하여 일부 보완 서비스를 추가할 수 있습니다. 스펙트럼 확장 기능은 시작 주파수 2.402GHz, 정지 주파수 2.480GHz, 간격 1MHz의 79개 주파수 호핑 주파수 포인트를 통해 구현됩니다. 일본, 프랑스, ​​스페인은 특정 지역 규정으로 인해 모두 대역폭을 축소했습니다. 최대 주파수 호핑 속도는 1660홉/초입니다. 이상적인 연결 범위는 100mm~10m이지만, 전송 레벨을 높이면 거리를 100m까지 늘릴 수 있습니다.

Bluetooth는 전 세계적으로 공통된 2.4GHz ISM(예: 산업, 과학, 의료) 주파수 대역에서 작동합니다. 블루투스의 데이터 속도는 1Mb/s입니다. ISM 대역은 모든 무선 시스템에 개방된 주파수 대역이므로 주파수 대역 중 하나를 사용하면 예측할 수 없는 간섭 소스가 발생합니다. 예를 들어, 특정 가전제품, 무선 전화기, 차고문 개폐기, 전자레인지 등은 모두 간섭을 일으킬 수 있습니다. 이를 위해 블루투스는 안정적인 키 경로를 보장하기 위해 빠른 확인 및 주파수 호핑 방식을 특별히 설계했습니다. 주파수 호핑 기술은 주파수 대역을 여러 개의 주파수 호핑 채널(홉 채널)로 분할합니다. 연결 시 무선 송수신기는 특정 코드 시퀀스(즉, 기술적으로 "의사 랜덤 코드"라고 하는 특정 규칙을 따릅니다. " 무작위 코드)는 한 채널에서 다른 채널로 지속적으로 "점프"합니다. 송신자와 수신자만이 이 규칙에 따라 통신하고 다른 간섭은 동일한 규칙에 따라 간섭할 수 없습니다. 홉의 순간 대역폭은 매우 좁습니다. 그러나 확산을 통해 스펙트럼 기술을 사용하면 이 협대역이 넓은 주파수 대역으로 수백 배 확장되므로 간섭의 영향이 매우 작아집니다. TDD(Time Division Duplex) 방식은 전이중 전송을 달성하는 데 사용됩니다.

동일한 주파수 대역에서 작동하는 다른 시스템에 비해 블루투스는 더 빠른 주파수 호핑과 더 짧은 데이터 패킷을 제공하므로 다른 시스템보다 블루투스가 더 안정적입니다. FEC(Forward Error Correction)를 사용하면 장거리 링크에서 랜덤 노이즈가 억제되며, 바이너리 주파수 변조(FM) 기술을 적용한 주파수 호핑 트랜시버를 사용하여 간섭을 억제하고 페이딩을 방지합니다.

2.2 링크 제어(펌웨어) 장치 현재 블루투스 제품에서는 3개의 IC를 연결 컨트롤러, 베이스밴드 프로세서, 무선 주파수 송수신 장치로 사용하며, 개별 튜닝 구성 요소도 30~50개 정도 사용됩니다.

기저대역 링크 컨트롤러는 기저대역 프로토콜과 기타 낮은 수준의 기존 프로토콜을 처리하는 역할을 담당합니다.

기저대역 컨트롤러에는 세 가지 오류 수정 방식이 있습니다.

*1/3 비율 순방향 오류 수정(FEC) 코드,

*2/3 비율 순방향 오류 수정 코드;

* 자동 데이터 요청 재전송 방식.

FEC(순방향 오류 정정) 방식을 사용하는 목적은 데이터 재전송 횟수를 줄이고 데이터 전송 부하를 줄이는 것입니다. 그러나 오류 없는 데이터 전송을 달성하려면 FEC는 불필요한 오버헤드 비트를 생성하고 데이터 전송 속도를 줄여야 합니다. FEC 사용 여부에 대해 패킷이 유연하게 정의되기 때문입니다.

헤더는 항상 유용한 키 경로 정보가 포함된 FEC 코드의 1/3로 보호됩니다.

무번호 ARQ 방식에서는 한 시간 슬롯에 전송된 데이터를 다음 시간 슬롯에서 확인해야 합니다. 헤더 오류 감지 및 순환 중복 감지를 통과한 후 수신 측의 데이터에 오류가 없는 것으로 간주되는 경우에만 확인 메시지가 원래 측으로 다시 전송되고, 그렇지 않으면 오류 메시지가 반환됩니다. 예를 들어, Bluetooth 음성 채널은 CVSD(Continuous Variable Slope Delta Modulation Technology) 음성 코딩 방식을 사용하여 전송을 위한 고품질 오디오 코딩을 얻습니다. CVSD 인코딩은 누락되거나 손상된 음성 샘플을 처리하는 데 적합합니다. 비트 오류율이 4%인 경우에도 CVSD 인코딩된 음성을 계속 들을 수 있습니다.

캠브리지 컨설턴트, 캠브리지 실리콘 라디오. 그들은 자신들의 견해를 제시했습니다. 이 회사의 제품은 단일 칩 송신기 및 연결 컨트롤러입니다. 회사에서는 이를 BlueCore 및 BlueStack이라고 부릅니다. 이것은 외부 SAW 필터, 세라믹 커패시터 또는 인덕터가 필요하지 않은 완전한 Bluetooth입니다. 이 제품은 고집적이며 거의 추가 비용 없이 칩에 베이스밴드 회로를 추가할 수 있는 0.18 또는 0.15pm 기술을 사용합니다.

2.3 링크 관리(소프트웨어) 유닛

링크 관리(LM) 소프트웨어 모듈은 링크의 데이터 설정, 인증, 링크 하드웨어 구성 및 기타 프로토콜을 전달합니다. LM은 다른 원격 LM을 검색하고 LMP(Line Management Protocol)를 통해 통신할 수 있습니다. LM 모듈은 다음 서비스를 제공합니다:

(1) 데이터를 보내고 받습니다.

(2) 요청 이름.

(3) 링크 주소 쿼리.

(4) 연결을 설정합니다.

(5) 인증.

(6) 링크 모드 협상 및 설정.

(7) 프레임 유형을 결정합니다.

(8) 장치를 스니프 모드로 설정합니다. 마스터는 특정 시간 슬롯에만 정기적으로 데이터를 보낼 수 있습니다.

(9) 장치를 대기 모드로 설정합니다. 홀드 모드에서 작동하는 장치는 에너지 절약을 위해 링크가 활성화될 때마다 평균적으로 장기간 데이터 수신을 중단합니다. 이는 LM에서 정의하고 구체적으로 LC(Link Controller)에서 작동합니다.

(10) 장치가 데이터를 전송하거나 수신할 필요가 없지만 여전히 동기화를 유지해야 하는 경우 장치를 일시 중지 모드로 설정합니다. 일시 중지 모드의 장치는 페이지 메시지를 확인하는 동안 주기적으로 동기화를 활성화하고 추적합니다.

(11) 네트워크 연결을 설정합니다. 모든 장치는 피코넷 내에서 연결이 이루어지기 전까지 대기 상태입니다. 이 모드에서는 연결되지 않은 장치가 1.28초마다 주기적으로 정보를 "수신"합니다. 장치가 활성화될 때마다 장치에 대해 계획된 32개의 호핑 주파수를 듣습니다. 호핑 주파수 지점 수는 지역에 따라 다르며 일본, 프랑스, ​​스페인을 제외한 대부분의 국가에 32개 지점이 적용됩니다. 마스터인 장치는 먼저 연결 프로그램을 초기화하고 주소를 알면 페이지 메시지를 통해 연결을 설정하고, 주소를 알 수 없으면 조회 메시지를 통해 연결을 설정합니다. ?초기 페이징 상태에서 마스터 장치는 페이징 장치에 할당된 16개 호핑 주파수 지점에서 일련의 16개 동일한 페이지 메시지를 보냅니다. 응답이 없으면 마스터는 활성화된 순서대로 나머지 6개 주파수에 대한 페이징을 계속합니다. 슬레이브가 마스터로부터 메시지를 수신하는 최대 지연 시간은 활성화 기간(2.56s)의 두 배이며, 평균 지연 시간은 활성화 기간(0.6s)의 절반입니다. Iqnuiry 메시지는 익숙한 프린터, 팩스, 주소를 알 수 없는 기타 유사한 장치와 같은 Bluetooth 장치를 찾는 데 주로 사용됩니다. Inquiry 메시지는 Page 메시지와 매우 유사하지만 Inquriy 메시지는 모든 것을 수집하기 위해 추가 데이터 문자열 주기가 필요합니다. 응답.

피코넷에 연결된 기기가 오랫동안 데이터 전송이 없을 경우 블루투스는 에너지 절약 작업 모드도 지원한다. Aster는 연고를 보류 모드로 설정할 수 있습니다. 이 모드에서는 내부 카운터만 작동합니다. 슬레이브는 보류 모드에 놓이도록 적극적으로 요청할 수도 있습니다. 홀드 모드에서는 일반적으로 여러 개의 피코넷이나 온도 센서와 같이 에너지 소비가 낮은 장치를 연결하는 데 사용됩니다. Bluetooth는 대기 모드 외에도 스니프(호흡) 모드와 주차(일시 중지) 모드라는 두 가지 에너지 절약 작업 모드를 지원합니다. 스니프 모드에서 슬레이브는 피코넷의 메시지를 "듣는" 속도를 줄이고 "호흡" 간격은 애플리케이션 요구 사항에 따라 적절하게 조정될 수 있습니다. 파크 모드에서도 장치는 피코넷과 동기화되지만 데이터는 전송되지 않습니다. 파크 모드에서 작동하는 장치는 Mac 주소를 포기하고 가끔 마스터의 메시지를 듣고 동기화를 재개하고 브로드캐스트 메시지를 확인합니다. 이러한 작업 모드를 에너지 절약 효율에 따라 오름차순으로 배열하면 호흡 모드, 홀드 모드, 일시 정지 모드가 됩니다.

(12) 연결 유형 및 데이터 패킷 유형. 연결 유형은 특정 연결에서 사용할 수 있는 패킷 유형을 정의합니다. 블루투스 베이스밴드 기술은 주로 음성 전송에 사용되는 SCO(Synchronous Connection Oriented) 유형과 데이터 패킷 전송에 주로 사용되는 ACL(Asynchronous Connectionless) 유형의 두 가지 연결 유형을 지원합니다.

동일 피코넷 내 서로 다른 마스터-슬레이브 쌍은 서로 다른 연결 유형을 사용할 수 있으며 연결 유형은 단계 내에서 임의로 변경될 수 있습니다. 각 연결 유형은 SCO 및 ACL에 대해 동일한 4개의 제어 패킷을 포함하여 최대 16개의 서로 다른 데이터 패킷 유형을 지원할 수 있습니다. 두 연결 유형 모두 전이중 전송을 위해 TDD(Time Division Duplex 전송 방식)를 사용합니다.

SCO 연결은 대칭 연결이며 예약된 시간 슬롯을 사용하여 데이터 패킷을 전송합니다. 연결이 설정된 후 마스터와 슬레이브는 선택되지 않고 SCO 데이터를 보낼 수 있습니다. SCO 데이터 패킷은 음성과 데이터를 모두 전송할 수 있지만, 데이터 전송 시에는 데이터의 손상된 부분을 재전송하는 데에만 사용됩니다.

ACL 링크는 방향이 지정된 방식으로 데이터 패킷을 보냅니다. 대칭 연결과 비대칭 연결을 모두 지원합니다. 마스터는 링크 대역폭을 제어하고 피코넷의 각 슬레이브가 점유할 수 있는 대역폭과 연결의 대칭성을 결정하는 역할을 담당합니다. 슬레이브는 선택된 경우에만 데이터를 전송할 수 있습니다. ACL 링크는 마스터가 피코넷의 모든 슬레이브에게 보내는 브로드캐스트 메시지 수신도 지원합니다.

(13) 인증 및 기밀성. Bluetooth 베이스밴드 부분은 사용자에게 물리적 계층에서 보호 및 정보 기밀성 메커니즘을 제공합니다.

인증은 "요청-응답" 알고리즘을 기반으로 합니다. 인증은 블루투스 시스템의 핵심 부분으로, 소유자 소유의 노트북만이 소유자 휴대전화를 통해서만 통신할 수 있도록 허용하는 등 사용자가 개인 블루투스 장치에 대한 신뢰 도메인을 설정할 수 있도록 해줍니다. 연결 시 개인 정보를 보호하기 위해 암호화가 사용됩니다. 키는 프로그램의 상위 레벨에서 관리됩니다. 네트워크 전송 프로토콜과 애플리케이션은 사용자에게 강력한 보안 메커니즘을 제공할 수 있습니다.

2.4 소프트웨어(프로토콜) 유닛

블루투스 베이스밴드 프로토콜은 회선 스위치와 패킷 스위치를 결합한 것으로 음성 및 데이터 전송에 적합하다. 각 채널은 64kb/s 동시(음성) 링크를 지원합니다. 비동기 채널은 양방향으로 최대 721kb/s, 복귀 방향으로 최대 57.6kb/s의 비대칭 링크를 지원하며 최대 43.2kb/s의 대칭 연결도 지원할 수 있습니다. 따라서 셀룰러 시스템에서 매우 큰 데이터 비율을 처리할 수 있을 만큼 충분히 빠릅니다. 일반적으로 링크 범위는 100mm~10m이며, 전송 전력을 높이면 링크 범위를 100m까지 확장할 수 있습니다.

Bluetooth 소프트웨어 아키텍처 사양에서는 기본 수준의 상호 운용성을 지원하기 위해 Bluetooth 호환 장치가 필요합니다. 이 준수 수준은 애플리케이션에 따라 결정됩니다.

블루투스 기기는 몇 가지 기본적인 상호 운용성 기능 요구 사항을 지원해야 합니다. 일부 장치의 경우 이 요구 사항에는 무선 모듈, 무선 프로토콜, 애플리케이션 계층 프로토콜 및 개체 교환 형식이 포함됩니다. Bluetooth1.0 표준은 두 개의 파일로 구성됩니다. 하나는 설계 표준을 지정하는 FoundationCore입니다. 다른 하나는 상호 운용성 지침을 규정하는 FoundationProfile입니다. 그러나 헤드폰과 같은 다른 장치의 경우 이 요구 사항이 훨씬 간단합니다. Bluetooth 장치는 서로를 인식하고 해당 소프트웨어를 로드하여 장치의 더 높은 수준의 성능을 지원할 수 있어야 합니다.

블루투스는 다양한 수준의 장치(예: PC, 휴대용 기기, 휴대폰, 헤드셋 등)에 따라 요구 사항이 다릅니다. 예를 들어 블루투스 헤드셋에서는 주소록을 제공할 수 없습니다. 하지만 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 노트북에는 더 많은 기능이 필요합니다.

소프트웨어(프로토콜) 구조에는 다음 기능이 있어야 합니다:

·설정 및 오류 진단 도구,

·다른 장치를 자동으로 식별할 수 있음

·케이블 연결 교체,

·주변기기와 통신,

·오디오 통신 및 통화 제어,

·상업용 카드 거래 및 디렉터리 네트워크 프로토콜 .

블루투스의 소프트웨어(프로토콜) 단위는 독립된 운영체제로 어떤 운영체제와도 번들로 제공되지 않습니다. Bluetooth 사양은 여러 가지 상용 운영 체제용으로 개발되고 있습니다.

3 결론

최근 몇 년간 랩톱(Laptop), 노트북 컴퓨터(Notebook), 휴대용 컴퓨터(HPC), 개인용 단말기 등 휴대용 컴퓨터가 급속도로 발전했다. PDA 등의 급속한 발전과 인터넷의 급속한 발전으로 인해 전화통신 이외의 다양한 데이터 정보의 전송에 대한 수요가 증가하고 있다.

'블루투스' 기술은 다양한 휴대용 컴퓨터와 휴대폰을 무선 회로로 연결해 컴퓨터와 통신을 더욱 긴밀하게 통합해 사람들이 언제 어디서나 데이터 정보를 교환하고 전송할 수 있게 해준다. 따라서 컴퓨터 업계와 이동통신 업계 모두 '블루투스' 기술을 중요시하고 있으며, 향후 무선 이동 데이터 통신 사업을 추진하는데 큰 역할을 할 것으로 믿고 있다. 최근 몇 년 동안. "블루투스" 기술은 무선 데이터 통신의 가장 중요한 발전 중 하나로 간주됩니다.