По зубам ли Bluetooth сетевые технологии?

Несмотря на свою потенциальную полезность, этот радиостандарт с малым радиусом действия может внести серьезные помехи в работу вашей сети.

В качестве узлов вычислительных сетей до сих пор выступали совершенно определенные устройства — чаще всего настольные компьютеры, иногда — серверы, и лишь изредка — экзотические устройства, например межсетевые экраны. И ничего кроме. Стандарт Bluetooth позволяет встраивать дешевые однокристальные радио-адаптеры практически во что угодно, благодаря чему сетевые технологии могут стать практически вездесущими. Если верить адептам этой технологии, сетевое соединение смогут поддерживать даже наручные часы, мусорная корзина или копировальное устройство в офисе. Даже ваша чашка кофе.

И еще. Шумная рекламная кампания по поводу Bluetooth предрекала появление практических реализаций технологии в начале 2000 г. Сейчас, спустя почти год после этого срока, отрасль все еще борется со сложностями в обеспечении совместимости и вынуждена мириться с дороговизной микросхем. Продукты были анонсированы, даже продемонстрированы, но никто, кроме сотрудников лабораторий в компаниях-производителях и работников выставок, не применяет их на практике.

Даже если в середине 2001 г. внедрение Bluetooth действительно начнется, это вовсе не будет означать наступления поры бесшовных сетевых решений, как надеялись пропагандисты. Некоторые аналитики даже утверждают, что технология окажется просто неработоспособной. «Использование Bluetooth для связи устройств различных производителей — это утопия», — уверен Гален Шрек, аналитик Forrester Research.

Быть может, он и прав, но администраторы сетей должны иметь представление о преимуществах и недостатках Bluetooth. К преимуществам этой технологии следует отнести то, что она, во всяком случае частично, ликвидирует «спагетти» проводов, болтающихся за столами в большинстве офисов. К недостаткам — неумеренный аппетит на радиочастоты, отнимающий полосу частот у других беспроводных локальных сетей.

Создатели сетевых архитектур будут, возможно, поначалу игнорировать Bluetooth, но, в конце концов, им придется иметь с ней дело. Несмотря на то что эта технология часто рекламируется преимущественно как техническая новинка для массового потребителя, она мало-помалу должна проникнуть и на предприятия. Три года назад во многих информационных подразделениях корпораций царила уверенность, что им удастся избежать необходимости поддерживать Palm Pilot и прочие устройства PDA, однако пользователи просто накупили их для своих личных целей, а потом стали применять и на работе. Возможно, через три года то же самое случится и с Bluetooth.

НО КАКОВ ЦВЕТ!

Годом рождения Bluetooth можно считать 1994. Идея технологии возникла в рамках одного из проектов производителя мобильных телефонов Ericsson, в то время в ней видели способ обеспечить взаимодействие телефонов с такими приспособлениями, как беспроводные наушники. Специалисты компании полагали, что покупатели найдут это более удобным, нежели свешивающийся из уха провод. Тогда никто не мог и представить, что к соображениям удобства и эстетики следует добавить медицинские доводы. Впрочем, тогда подобных исследований еще не было, сейчас же, по утверждениям британской Consumers? Association, доподлинно известно, что наушники с проводами отнюдь не защищают здоровье, а напротив, направляют излучение непосредственно в мозг пользователя.

В Ericsson поняли, что подобная беспроводная связь должна быть реализована в виде очень маленького и недорогого устройства так, чтобы все необходимые функции были заключены в одной микросхеме. Его можно было бы применять не только для связи мобильных телефонов с наушниками, но и для других целей, однако для этого требовалась поддержка многочисленных производителей. В мае 1998 г. компания объединила силы со своим главным конкурентом — Nokia, а также с такими тяжеловесами, как Intel, Toshiba и IBM, и создала Bluetooth Special Interest Group (SIG). Свое имя технология получила от Гаральда Голубой Зуб (как, собственно, и переводится Bluetooth), легендарного викинга, объединившего в X веке Данию и Норвегию. Члены SIG пообещали, что за полтора года Bluetooth сделает то же самое с разрозненными технологиями.

Даже если Bluetooth не докажет своей состоятельности как технология, она все-таки уже продемонстрировала, что производители способны работать вместе. SIG выросла в альянс, объединяющий почти 2000 компаний, и едва ли не каждый день к нему присоединяются все новые компании-новички этой отрасли. Правила членства просты — вступить в альянс может любая компания, но она должна предоставить всем остальным его участникам бесплатную лицензию на использование любой технологии, которую она разработает в рамках проекта Bluetooth. Это сделано во избежание конфликтов вокруг патентов, погубивших многие другие начинания альянсов производителей, например Wireless Application Protocol (WAP).

В SIG участвуют почти все компании, так или иначе занятые в компьютерной или сетевой отрасли, а также множество других, как, например, производители кухонной электронной техники. Эти производители с особым рвением рассылают пресс-релизы о том, как Bluetooth введет их в мир сетевых технологий. Подобные пресс-релизы служат лишь источником дополнительного скептицизма и недоверия к способности этой технологии поддерживать не только пресловутые Internet-тостеры, но и серьезное оборудование для бизнеса.

Некоторые члены SIG только подливают масла в огонь. Они предсказывают благословенные времена, когда банки с пивом будут сообщать холодильнику, а он, через наручные часы, и досужему обывателю, что напиток приобрел требуемую для употребления внутрь температуру. Или рассказывают о мусорном баке, который попросит, чтобы его увезли, когда он окажется заполненным доверху. Между тем холодильник будет заказывать по Internet все новые и новые банки напитка, а одновременно сообщит автомобилю, что его владелец протрезвеет еще очень нескоро.

Фантастика? Пока да, но в полном соответствии с законом Мура стоимость микросхем продолжает снижаться. Сейчас производство одной микросхемы Bluetooth обходится в 30 долларов, но за два года цены вполне могут опуститься и до намеченного SIG рубежа в 4 доллара. После этого устройства будут продолжать дешеветь. Смарт-карты уже превратили кремний в расходный материал, а за прошедшие десять лет мы стали свидетелями превращения компакт-дисков из доступной далеко не каждому роскоши в некий блестящий предмет, которым AOL бомбардирует миллионы пользователей. По прогнозам Media Lab Массачусетского политехнического института, к 2010 г. каждый американец будет иметь в своей единоличной собственности 5000 продуктов, подключенных к Internet.

Хотя Bluetooth, теоретически, может связать между собой все что угодно, ее первоначальная цель — интеграция домашних и офисных приборов и устройств. «Копировальная машина будет «знать», что она сломана или вот-вот сломается, — поясняет Тони Валентино, менеджер Alcatel по развитию направления Bluetooth. — При помощи Bluetooth она соединится с ПК, а тот пошлет электронное письмо производителю. Тогда явится ремонтная бригада с необходимыми инструментами и запчастями в руках».

КАСТРЮЛЯ В СЕТИ

Bluetooth предназначена не только для обеспечения автоматической связи между машинами. Подчеркивая ее отличие от беспроводных технологий локальных сетей, члены SIG характеризуют ее как технологию для персональных сетей (Personal Area Networks, PAN). Эти сети будут окружать человека, охватывая буквально каждое устройство, которым он пользуется. Сотовый телефон или мобильный компьютер будет иметь возможность общаться с холодильником дома, с охранной системой на работе, а также с различными устройствами, принадлежащими людям, с которыми встречается его владелец.

Рисунок 1. Разнесенная сеть образована несколькими пикосетями. Хотя фотокопировальное устройство не подключено непосредственно к Internet, оно может получить доступ в локальную сеть, используя один из компьютеров в качестве маршрутизатора.

Сторонники Bluetooth пополнили новояз еще одним словом — пикосеть. Пикосеть — это очень маленькая сеть, включающая не более восьми узлов. На первый взгляд это ограничение кажется весьма жестким, но, вообще говоря, несколько пикосетей могут быть объединены в разнесенную сеть (scutternet) (см. Рисунок 1), масштаб которой неограничен. Пикосеть — не то же самое, что персональная сеть, поскольку производители считают, что у пользователей будет более восьми приборов, поддерживающих Bluetooth. Не всем им понадобится взаимодействовать друг с другом, и это означает, что они могут находиться в разных пикосетях. Так, например, наушники в каждый момент времени соединяются только с одним устройством, так как навряд ли кто-то станет слушать музыку в то время, как звонит по телефону.

Еще одно отличие PAN от беспроводной локальной сети состоит в низкой скорости передачи данных. Максимальная пропускная способность Bluetooth составляет не более 1 Мбит/с, что реально означает только 780 Кбит/с, если принять во внимание накладные расходы на протокол. Причем это не дуплексная пропускная способность, а разделяемая между всеми узлами сети. Кроме того, многие пикосети могут работать на одних и тех же частотах. В среде, где нет иных помех, пропускная способность каждой дополнительной пикосети снижается на 1,3%.

Обеспечиваемая Bluetooth пропускная способность в 780 Кбит/с может разделяться несколькими способами. Основной для этой технологии протокол управления логическими каналами и адаптацией (Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP) предусматривает два типа передачи данных. Асинхронный протокол коммутации пакетов без установления соединений (Asynchronous Connectionless Links, ACL), основанный на Ethernet, обеспечивает асимметричную передачу данных в одном направлении со скоростью до 722 Кбит/с. Синхронный протокол коммутации каналов с установлением соединений (Circuit-switched Synchronous Connection Oriented links, SCO), основанный на GSM, поддерживает дуплексные каналы на 128 Кбит/с. В одной пикосети могут быть объединены оба типа передачи, либо весь диапазон частот может быть выделен одному типу. Если используется только протокол SCO, то доступными становятся три отдельных канала.

Дальность передачи Bluetooth, а следовательно, размер самой пикосети не превышает 10 м. Это расстояние планируется увеличить до 100 м, однако только немногие производители работают над этим, поскольку чем меньше расстояние, тем больше экономия энергии и меньше помехи. Это важно, так как Bluetooth функционирует в «перенаселенном» диапазоне частот 2,4 ГГц зарезервированном для исследования в промышленности, науке и медицине (Industrial, Scientific, Medical, ISM), который, в действительности, вовсе не предназначался для передачи данных. Теоретически частоту 2,4 ГГц можно использовать без лицензии в любой точке земного шара.

Микроволновые печи и другие нагревательные приборы должны работать с частотой приблизительно в 2450 МГц, резонансной частотой воды, поэтому диапазон плюс-минус 50 МГц относительно этого значения нельзя занимать. Однако в условиях, когда спектр является очень дефицитным ресурсом, многие правительства лицензируют частоты и из этого диапазона, отщипывая от него по кусочку для всяких других целей.

Для того чтобы Bluetooth могла работать по всему миру, в большинстве стран было принято решение внести изменения в планы лицензирования, чтобы можно было использовать частоты от 2400 до 2483,5 МГц. Исключения составляют Франция и Испания — здесь разрешенная полоса частот намного `уже. Bluetooth сможет работать и в этих странах, но применение устройств на базе данной технологии будет незаконным, поскольку они способны заблокировать работу лицензионных систем.

Отрасль разработала специальную версию Bluetooth, где используется более узкая полоса частот, с тем, чтобы жители Франции и Испании не чувствовали себя обделенными чудесами современной технологии. С другой стороны, la dent bleue может оказаться несовместимым с мировым стандартом, что чревато проблемами для европейцев, которые уже привыкли к тому, что их телефоны работают на всем континенте.

УКРАЛИ ПОЛОСУ ЧАСТОТ!

Bluetooth может создать затруднения для других технологий даже в том случае, когда она не вторгается в лицензируемый спектр. Это не первая система, создатели которой ради избавления от необходимости получать разрешение на право занимать те или иные частоты используют диапазон ISM, и этот спектр «забит до отказа». В диапазоне ISM работают некоторые беспроводные телефоны, местные системы радиосвязи и, что особенно важно для создателей вычислительных сетей, беспроводные локальные сети.

Любая система, использующая этот диапазон, становится жертвой помех от излучения медицинских сканеров, нагревательных приборов и тому подобных устройств. Bluetooth изначально рассчитана на максимальную сопротивляемость помехам, поскольку предполагается, что она должна работать везде. В отличие от беспроводных локальных сетей, которые, как правило, устанавливаются в относительно «чистых» помещениях, микросхемы Bluetooth могут подвергаться непосредственному воздействию таких источников излучения, как микроволновые печи. «Bluetooth относится к тому, что принято называть «грубым радио», — поясняет Аарон Беннет, вице-президент по маркетингу производителя беспроводных локальных сетей Breezecom. — Эта технология не проверяет, использует ли уже кто-либо те частоты, на которых она должна работать, она просто начинает вещание, и все».

Как ни странно, энтузиасты Bluetooth соглашаются с этим. «Начиная работу, устройство Bluetooth не «интересуется», работает ли кто-нибудь еще на его частоте, — признает Валентино из компании Alcatel. — Оно как бы заполняет спектр густым туманом».

Подобно многим беспроводным системам, Bluetooth основана на методе скачкообразного переключения частоты. В полном соответствии с названием, данный метод предполагает быструю смену частот. Он опирается на идею, что в случае помех на одной частоте другая будет свободна. В технологии Bluetooth диапазон ISM делится на 79 каналов, а переключение с одного канала на другой осуществляется по псевдослучайной схеме 1600 раз в секунду. Это исключительно высокая скорость по сравнению с другими системами, где применяется метод скачкообразного переключения частот, и эта быстрота обеспечивает Bluetooth решающее преимущество.

В системах с переключением частот любое переключение на частоту, где имеются помехи, приводит к потере передаваемого в это время пакета. Это означает, что, если один из 79 каналов Bluetooth занят другой технологией или другой пикосетью Bluetooth, каждый 79-й пакет будет теряться. Однако если устройство на базе другой технологии будет сменять частоты лишь 50 раз в секунду, то сигналы Bluetooth будут накладываться на передаваемую этим устройством информацию при каждом его переключении, следовательно, это устройство будет терять каждый пакет.

Популярный стандарт на беспроводные локальные сети IEEE 802.11b вовсе не предполагает переключений, он поддерживает передачу данных на нескольких частотах одновременно, в расчете, что хотя бы одна копия дойдет до пункта назначения (см. статью «А кабели где?» в этом номере LAN). Поэтому устойчивость 802.11b к помехам, создаваемым Bluetooth, несколько выше, чем у систем с низкой скоростью переключения, однако близость работающей микросхемы Bluetooth все же отрицательно сказывается на производительности приемопередатчика 802.11b. Это происходит потому, что 802.11b проектировалась в расчете на большие расстояния и большую скорость связи, чем Bluetooth. Производители постоянно подчеркивают, что эти технологии не конкурируют друг с другом (за исключением физического уровня), имея в виду ноутбуки, поддерживающие обе технологии.

Рисунок 2. Беспроводные сети, поддерживающие протокол IEEE 802.11b, должны обеспечивать скорость передачи в 11 Мбит/с на расстоянии 100 м. Реальная пропускная способность несколько меньше, но скорость передачи данных резко уменьшается, когда один из узлов сети 802.11b оказывается в пределах работающей пикосети Bluetooth.

Тестирование, проведенное производителем беспроводных систем Mobilian, показало, что скорость работы систем, поддерживающих протокол 802.11b, при соседстве с Bluetooth всегда снижалась, кроме тех случаев, когда два приемопередатчика 802.11 располагались очень близко друг к другу, в пределах 3 м. Только на этом расстоянии их сигналы были достаточно сильны, чтобы не подвергаться воздействию Bluetooth. Учитывая, что системы на базе протокола 802.11 рассчитаны на расстояние между устройствами порядка 100 м, становится очевидным, что Bluetooth будет затруднять их работу (см. Рисунок 2). По информации Mobilian, помехи работе беспроводных сетей со стороны Bluetooth уже привели к тому, что в некоторых компаниях ввели правила, запрещающие эту технологию. Сегодня такие правила соблюдать нетрудно, но эта практика станет невозможной, если распространение Bluetooth достигнет масштабов, намеченных SIG.

Компания Mobilian предложила решение, получившее название TrueRadio, с интегрированной поддержкой Bluetooth и 802.11 на одной микросхеме. По утверждению представителей компании, эта технология координирует работу передатчиков, сводя к минимуму помехи и позволяя обеим системам работать в полную силу. Некоторые компании пытаются предложить аналогичные решения, сочетающие Bluetooth с прочими вариантами 802.11 и HomeRF. Однако на дефицитный спектр ISM претендует еще один стандарт.

КРАСНЫЙ СВЕТ ДАННЫМ

Конкуренция за спектр — не единственная трудность, с которой Bluetooth придется иметь дело. Ее также преследует призрак технологии IrDA (Infrared Data Association), предшественницы Bluetooth, пытавшейся освоить тот же сектор рынка. И в самом деле, если вспомнить о шумихе, которая сегодня сопровождает все беспроводные и оптические системы, кажется удивительным, почему беспроводная оптическая система, встроенная почти в каждый ноутбук, остается практически без внимания.

«Большинство портов IrDA в ноутбуках не используется, — сетует Дэвид Хофакер, менеджер по вопросам мобильной связи в Северно-Американском регионе компании Extended Systems, принимавший участие в разработке стека протоколов для Bluetooth и IrDA. — Порты установлены во многих устройствах, что дает производителям право заявлять в рекламных объявлениях о поддержке «инфракрасной» связи, не упоминая, однако, об отсутствии необходимых драйверов».

Что случилось с этой технологией? Большинство сторонников Bluetooth убеждены, что IrDA имеет неустранимые недостатки, так как она базируется на довольно туманных рекомендациях, а не на четких стандартах. Достичь совместимости было так трудно, что многие производители просто оставили свои попытки. Это, в свою очередь, подорвало доверие пользователей, которые даже в тех случаях, когда эта технология действительно работает, продолжают считать, что она не работает. Единственным способом проверить, поддерживает ли ноутбук IrDA, является малоприятный метод проб и ошибок.

«Работая над Bluetooth, мы учли ошибки IrDA, — подчеркивает Хофакер, — и уверены, что не наступим на те же грабли». В то время как создатели IrDA специфицировали только физический уровень в надежде, что разработчики приложений доделают все необходимое, чтобы эта технология заработала, стандарт Bluetooth строго определяет и уровень приложений. Стек протоколов Bluetooth позаимствовал немало проверенных механизмов у других протоколов, в том числе у IP и, как ни странно, IrDA (см. Рисунок 3). Разработчики имеют право утверждать, что их устройство соответствует стандартам Bluetooth только в том случае, если оно поддерживает пять основных протоколов этой технологии, а также если устройство продемонстрировало свою работоспособность по крайней мере для одного приложения.

Рисунок 3. Стек Bluetooth представляет собой базовый набор протоколов первого и второго уровней, наряду с несколькими необязательными протоколами второго уровня, которые реализуются только для определенных приложений. Поддержка других протоколов на третьем уровне, приведенных на рисунке, не является прерогативой Bluetooth.

Поддержка приложений в Bluetooth определяется стандартами, называемыми профилями, каждый из которых отвечает за выполнение конкретной функции. (Описание профилей приведено во врезке «Счастливое число 13».) Так, например, девятый профиль определяет, как в Bluetooth осуществляется передача трафика IP. Прежде чем производитель заявит о поддержке данной возможности, он должен самым доскональным образом протестировать взаимодействие своего устройства с продуктами других производителей, поддерживающих этот профиль. Только после того, как все тесты на совместимость пройдены, производителю разрешается использовать логотип Bluetooth.

Тестирование производится на регулярной встрече производителей Unplugfest, во время которой конкурирующие друг с другом компании забывают о разногласиях и совместными усилиями пытаются заставить работать опытные образцы своих устройств. «Мы отгораживаемся от внешнего мира и в течение недели тестируем наши устройства, — говорит Хофакер. — Это по-настоящему захватывает». Результаты тестирования совместной работы конкретных устройств хранятся в строжайшей тайне, однако не секрет, что проблемы совместимости сдерживают развитие этой отрасли.

По прогнозам аналитика компании Forrester Research Шрека, совместимость останется бичом отрасли и в обозримом будущем. «Сотовые телефоны Nokia по-прежнему только пытаются заговорить с Compaq Pocket PC, несмотря даже на превосходную работу беспроводного соединения». Возможно, они слышат друг друга, но говорят все еще на разных языках.

Разумеется, члены SIG придерживаются на сей счет более оптимистических взглядов. «Популяризацией Bluetooth занимаются компании, ориентирующиеся на потребителя, — уверен Хофакер, — а эти люди обладают немалым опытом производства продукции, главное свойство которой — простота применения». Именно по этой причине прогресс Bluetooth вовсе не так стремителен, как поначалу надеялись ее создатели: производители не хотят приступать к созданию чего-то нового, пока не убедятся, что оно действительно может работать.

По иронии судьбы, Bluetooth может способствовать превращению IrDA в своего серьезного конкурента. «Bluetooth возбудила интерес к беспроводным технологиям малого радиуса действия, — говорит Хофакер, — а IrDA всегда была дешевой и быстрой технологией». В то время как Bluetooth только движется по направлению к рубежу в несколько долларов, инфракрасные приемопередатчики уже стоят всего несколько центов. Впрочем, если усилия по достижению совместимости, направленные на совершенствование Bluetooth, косвенным образом приведут к развитию инфракрасной связи, потребители только выиграют от этого.

Сейчас IrDA поддерживает различные скорости передачи данных от 115 Кбит/с до 16 Мбит/с, хотя, как уже говорилось, определить действительную скорость конкретного устройства можно только методом проб и ошибок. Впрочем, представители Infrared Data Association уверены, что скорость можно довести до 50 Мбит/с. Если это действительно будет сделано, IrDA получит преимущество перед Bluetooth в тех случаях, когда требуется передавать файлы большого размера: например, при выгрузке фотографий из цифрового фотоаппарата, загрузке музыки в MP3-плейер или — что уже ближе к серьезным бизнес-задачам — при распечатке длинных документов.

ГОЛУБЫЕ КРИСТАЛЛЫ

Появление Bluetooth сдерживают не только проблемы совместимости. Создание приемопередатчика в виде одной микросхемы — трудная задача, а обеспечение массового производства такого кристалла по приемлемой цене — еще труднее. И хотя сейчас едва ли не все производители заявляют о своей приверженности Bluetooth, так было далеко не всегда.

Microsoft присоединилась к Bluetooth SIG очень поздно и еще не реализовала поддержку этой технологии ни в одной из своих операционных систем. Ни одна существующая версия Windows не работает с Bluetooth, и, по заявлениям Microsoft, корпорация не планирует включать поддержку в будущие сервисные пакеты для Windows 2000 или Windows Me. Первой настольной операционной системой, в которую будет встроена Bluetooth, станет Whistler — система, ориентированная как на бизнес-пользователей, так и на потребителей (она должна появиться под названием Windows 2002).

«Осуществить это гораздо труднее, чем поначалу казалось представителям отрасли», — признает Валентино из компании Alсatel. Тем не менее он убежден, что все трудности будут преодолены. Массовые поставки продуктов, поддерживающих Bluetooth, начнутся в следующем году, хотя прогнозы SIG о выпуске 100 млн устройств к концу 2001 г., выглядят неправдоподобными. Единственные продукты, выпускаемые уже сейчас, — это модули расширения, такие, как CF+ или карты PCMCIA, однако обеспечить их встраивание в ноутбуки или PDA — дело полугода.

Когда столько производителей сделали ставку на Bluetooth, она просто не имеет права на провал. Если это случится, отрасли беспроводной связи придется пережить разочарование, по глубине сравнимое разве что с крахом Iridium. Возможно, Bluetooth не вызовет революционных изменений во всем образе жизни людей, как утверждают ее сторонники, но она вполне может стать полезной сетевой технологией.

Ресурсы Internet

Счастливое число 13