Технология беспроводной связи Bluetooth является недорогим радиоинтерфейсом с мощностью передатчика около 1 мВт, предназначенным для организации персональных сетей. С помощью Bluetooth в режиме реального времени можно осуществить передачу звуковых сигналов и цифровых данных [1]. Функция Bluetooth заключается в обеспечении беспроводного взаимодействия между электронными устройствами. Для решения этой задачи используют специальные небольшие приемопередатчики, которые могут быть интегрированы в само устройство, или подключены к ним через свободный порт. В результате пользователи с помощью этого устройства избавляются от необходимости применять соединительные провода.
Изначально радиоинтерфейс обладал дальностью действия равной 10 метрам. Этого расстояния хватало только для взаимодействия устройств в пределах комнаты. Но современными спецификациями Bluetooth уже определяются и вторая зона взаимодействия – около 100 м, позволяющая покрыть стандартный дом или офис. Стоит отметить, что для Bluetooth в настоящее время нет необходимости нахождения соединяемых устройств в зоне прямой видимости друг друга. Допускается что их могут разделять различные препятствия (мебель, стены и т. п.), которые не экранируют высокочастотные радио-сигналы.
Для работы устройства Bluetooth в настоявшее время используется диапазон 2,45 ГГц, который предназначен в первую очередь для работы медицинских, научных и промышленных приборов.
Для канала радиочастот Bluetooth характерна полная пропускная способностью около 1 Мбит/с, что позволяет обеспечить передачу данных на скоростях 723,3 кбит/с с помощью создание асимметричного канала. При использовании Bluetooth- соединение появляется возможность передачи до 3 дуплексных аудиоканалов в каждом направлении со скоростью 64 кбит/с. Кроме того, также используется комбинированная передача данных и звука.
Большинство современных устройств, которые используют технологию Bluetooth, на уровне протокола защищены шифрованием передачи данных.
Технология bluetooth подразумевает в себе многоточечный радиоканал, который управляется многоуровневым протоколом.
Организация локальной радиосети осуществляется по принципу множественных пикосетей (PAN), которые между собой взаимодействуют по стандартному радиоканалу. В этом случае в пикосетях устройства Bluetooth осуществляется взаимодействие по принципу master-slave. Предпочтительно статус “master” должно иметь наиболее мощное устройство, которое устанавливает соединения с несколькими другими, и которое осуществляет координацию посылки и приема данных в рамках образованной пикосети.
В пикосети может находиться до 7 активных slaves- устройств. Стоит отметить, что кроме активных допускается существование и множества неактивных устройств, которые не могут обмениваться данными с активными устройствами, пока заняты все каналы. Однако такие неактивные устройства, остаются синхронизированы с Bluetooth. При условии, что в радиусе действия “ведущего” оказалось более 7 активных устройств, то происходит формирование второй пикосети, управляемая первой. В этом случае роль master будет выполнять одно из slave устройств первой сети. Таким образом, наращивание сети может идти неограниченно долго.
Пикосетей во множественном количестве осуществляют взаимодействие друг с другом множество, формируя при этом распределенную сеть (scatternet), в рамках которой разные устройства могут являться для различных пикосетей одновременно master и slave. Также они могут выполнять роль slave для разных сетей. Более того, при необходимости у любого slave в пикосети всегда есть возможность стать master. В этом случае старый master станет выполнять роль одного из slave-устройств Таким образом, в scatternet может осуществляться объединение любого количества устройств Bluetooth. Соответственно логические связи будут образовываться и изменяться, как это потребуется.
В Bluetooth-технологии используется метод скачкообразной перестройки частоты, благодаря чему взаимодействие различных пикосетей друг с другом возможно с минимальным риском взаимных помех. При этом у пикосети, входящих в один scatternet, должны быть в наличии разные каналы связи. Другими словами, работать они должны на различных частотах. Также важным для пикосетей иметь отличающейся друг от друга порядок смены каналов, который будет определятся в виде последовательности скачков в стандарте параметра FHSS.
Одним из важнейших свойств Bluetooth-технологии является то, что в пикосетях соединения происходит автоматически, при условии нахождения различных устройств в пределах досягаемости. Это обстоятельство является большим преимуществом для дальнейшей разработке устройств, использующих bluetooth. Для того, чтобы реализовать такой автоматизм, работа любых Bluetooth-устройств в незнакомом окружении будет начинаться с режима поиска других устройств. При этом на начальном этапе посылается специальный запрос, ответ на который, однако, будет зависеть не только от того имеются ли в наличия других активных Bluetooth-устройств в радиусе связи, но и от режима их работы. На этом этапе возможным являются три основных режима:
1) устройства на полученные запросы отвечают всегда, так называемый режим discoverable mode;
2) устройства на полученные запросы отвечают только ограниченное время, так называемый режим limited discoverable mode;
3) устройства на полученные новые запросы не отвечают, так называемый режим non-discoverable mode.
В первом случае обнаруженное устройство настроить параметры соединения не позволяет. Следовательно, обмен данными с таким устройством становится невозможен. Во втором случае – связавшимся Bluetooth-устройствами устанавливаются между собой соглашения о параметрах соединения. Такими параметрами являются:
- определенный размер страниц данных,
- диапазон частот, используемый в работе устройств,
- порядок смены частот в устройствах.
По окончании процесса обнаружения в новом Bluetooth-устройстве появляется набор адресов для идентификации. Для каждого устройство Bluetooth характерен уникальный сетевой адрес (48 бит), а также наличие «имен» всех доступных устройств. Затем происходит определение услуг (service discovery), которые предоставляются этими устройствами.
В Bluetooth-устройствах, в качестве еще одной меры защиты, предусмотрено осуществление кодировки передаваемых данных, а также выполнение процедуры авторизации устройств. В результате возможными являются три уровня защиты:
минимальная, когда кодировка данных осуществляется с использованием общего ключа; в этом случае прием данных может осуществляться любыми устройствами без ограничений;
защита на уровне устройств, когда непосредственно в чипе осуществляется прописывание уровня доступа, в соответствии с которым у каждого устройства имеется возможность получать определенные данные от других устройств;
защита на уровне сеанса связи, когда кодировка данных осуществляется 64/128-битными случайными числами, которые хранятся в каждой паре устройств, участвующих в конкретном сеансе связи.
Технологии Bluetooth находят свое применение в различных практических сферах. Так одним из современных направлений является использование Bluetooth в медицине.
Для современных медицинских устройств с автономным питанием, все более распространенным является использование беспроводных технологий для передачи данных и осуществления управления [2]. При этом Bluetooth – это одна из наиболее часто встречающееся в этой области беспроводная сетевая технология.
Самое широкое распространение технология Bluetooth получило в мобильных медицинских устройствах в связи с высокой скоростью передачи данных и неплохой энергоэффективности.
Стандарт Bluetooth LE изначально был предназначен для применение в системах, где осуществления мониторинга возможно исключительно в условиях автономного питания и низкого энергопотребление. Эти условия являются очень важными для медицинского оборудования, так как в таком случае обеспечивается требуемое время диагностического наблюдения. Кроме того, такие приборы очень удобно использовать, в связи с тем, что они могут работать длительное время без подзарядки и смены элементов питания.
Низкое потребление Bluetooth LE обеспечивает возможность создания беспроводных медицинских датчиков [4].
У технологии Bluetooth имеется достаточно прочная система защиту от несанкционированного доступа. В случае правильного построения сети в качестве наиболее вероятной угрозы безопасности следует рассматривать нарушение физической целостности, являющейся нехарактерным для проводных сетей. При этом, в сетях Bluetooth без каких-либо ограничений могут быть применены те средства обеспечения безопасности, которые предоставляются операционными системами.
Библиографический список
- Реализация bluetooth-технологии и обеспечение безопасности взаимодействия bluetooth-устройств – Режим доступа: http://re.mipt.ru/infsec/2003/essay/2003_Bluetooth_security__Slavgorodskiy.pdf
- Беляев, А.О. Критерии выбора архитектуры беспроводной сети мобильных диагностических систем [Текст] / А.О. Беляев // Ползуновский вестник. – 2013 г. – №2. – с. 114 -116.
- Bluetooth Core Specification 4.1 [Электронный ресурс] / Bluetooth SIG. – Режим доступа: https://www.bluetooth.org/en-us/specification/adopted-specifications, свободный – Загл. с экрана. – Яз. англ.
- Каланчев, А. Для мобильных стражей: беспроводной стандарт Bluetooth Low Energy в системах безопасности [Электронный ресурс] / А. Каланчев // Новости электроники, №1. – 2013 г. – Режим доступа: http://www. com- pel.ru/lib/ne/2013/1/3-dlya-mobilnyih-strazhey- besprovodnoy-standart-bluetooth-low-energy-v- sistemah-bezopasnosti – Загл. с экрана. – Яз. рус.