معرفی بلوتوث و کاربردهای آن
بلوتوث یک معیار فناوری بدون سیم دارای برد کم می باشد که برای انتقال اطلاعات بین دستگاه های الکترونیکی شامل سیستم های کامپیوتری، تلفن همراه و ... استفاده می شود. در اکثر مواقع، بلوتوث استفاده شده، قدرت انتقال محدود به ٥,٢ وات دارد به باعث می شود حداکثر فاصله ممکن به ١٠ متر برسد. بلوتوث اکثرا به عنوان جایگزین برای ارتباطات سیمی برای انتقال فایل ها بین دیوایس های نزدیک به هم مانند تلفن همراه و موزیک پلیر های شامل هدفون بی سیم استفاده می شود. بلوتوث هر دو نوع داده و صوت را پشتیبانی می کند که آن را به یک فناوری مناسب برای بسیاری از کارها تبدیل کرده است.
بلوتوث در حقیقت یک نام تجاری برای شبکه های بی سیم شخصی است که با استاندارد IEEE802.151 نیز شناخته می شود. اختراع بلوتوث در سال ١٩٩٤ تحولی کم نظیر در عرصه ارتباطات و انتقال داده ها به وجود آورده است. مخترع بلوتوث Jaap Haartsen اهل هلند است.
نحوه برقراری ارتباط:
این ارتباط با فرکانس های رادیویی انجام میشود به طوریکه هر وسیله حاوی یک تراشه فرستنده یا گیرنده مربعی شکل کوچک به ضلع ٤ سانتی متر است که در باند فرکانسی GHz ٤.٢ تا GHz ٤٨.٢ کار می کند. این فرکانس برای استفاده رایگان مردم دنیا اینگونه طراحی شده است و محدودیت مجوز ندارد. بلوتوث از لحاظ پهنای باند، سرعتی نزدیک به KB/s ٧٢٣ دارد که سرعت بالایی نیست اما برای انتقال داده ها بین وسایل دستی و دسترسی به اینترنت کافی به نظر می رسد.
تداخل امواج:
یکی از راه های جلوگیری از تداخل امواج، ارسال سیگنال های ضعیفی در حدود ١ میلی وات است. استفاده از این سیگنال ها، شعاع برد بلوتوث را به ١٠ متر محدود می کند که باعث منتفی شدن هرگونه تداخل بین امواج بلوتوث با امواج تلفن همراه، کامپیوتر یا تلوزیون می کند. بلوتوث از یک فناوری دیگری به نام FHSS بهره می گیرد که احتمال استفاده از این فرکانس توسط دو دستگاه به طور همزمان را تقریبا به صفر می رساند. بر پایه این تکنولوژی هر وسیله این امکان را دارد که از ٧٩ فرکانس منحصربه‌فرد که به صورت اتفاقی از میان یک سری فرکانس‌های از پیش تعیین شده انتخاب می‌شوند، استفاده کند و به‌طور منظم تغییر فرکانس می‌دهد. در مورد بلوتوث این
عمل تغییر فرکانس در دستگاه فرستنده حدود ١٦٠٠ بار در ثانیه اتفاق می‌افتد، بر پایه همین تکنولوژی از اختلال بین امواج بلوتوث با دستگاههایی مثل کنترل درب پارکینگ یا تلفن‌های بی‌سیم جلوگیری میشود.
معماری:
واحد پایه در سیستم بلوتوث یک پیکونت است که از یک گره اصلی و حداکثر هشت گره پیر و فعال به فاصله حداکثر ده متر تشکیل شدهاست. در یک فضای بزرگ و واحد می‌توان چندین پیکونت داشت و حتی می‌توان آنها را از طریق یک گره که نقش پل ایفا می‌کند به هم متصل کرد. به مجموعه‌ای از پیکونت‌های متصل بهم شبکه متفرق یا پراکنده گفته میشود. یک پیکونت علاوه بر هفت گره فعال پیرو، می‌تواند تا ٢٥٥ گره غیر فعال داشته باشد. این‌ها دستگاههایی هستند که گره اصلی آنها را در حالت استراحت و کم توان وارد کرده تا مصرف باتری آن کاهش یابد. یک دستگاه در حالت غیر فعال هیچ کاری نمی‌تواند انجام دهد به جز آن که به سیگنال فعالسازی خود که از گره اصلی می‌رسد، پاسخ بدهد.
هنگامی که دو دستگاه بلوتوث دار در محدوده ارتباط قرار می‌گیرند آنها جهت برقراری ارتباط با یکدیگر تلاش می‌کنند. اگر در آن زمان هیچ پیکونتی موجود نباشد یک فرایند مبادله فعال میشود. یک دستگاه به عنوان گره اصلی در نظر گرفته میشود و بقیه به عنوان گرههای پیرو انتخاب می‌شوند. گره اصلی فرکانس، ترتیب پرش های فرکانس، زمانبندی و ترتیب گرههای پیرو را انتخاب می‌کند. گره اصلی هم چنین مسئول تعلیم دادن گرههای پیرو برای تغییر وضعیت دادن به حالت‌های دیگر برای زمانهای غیرفعال است.
یک دستگاه بلوتوث می‌تواند دریکی از حالات زیر باشد:
• حالت :Stand by هنگامی است که دستگاه روشن است ولی به پیکونت وصل نیست.
• حالت :Inquiry هنگامی است که در خواست‌هایش را برای پیدا کردن دستگاهایی که می‌تواند به آنها وصل شود می فرستد.
• حالت :mage مربوط به گره اصلی در پیکونت است و به معنی پیغامهایی است که دستگاه برای دعوت گرههای پیرو جهت اتصال به پیکونت ارسال می‌کند.
• حالت :Connect وقتی که ارتباط موفقیت‌آمیز بین گره اصلی و دستگاه جدید برقرار شود. دستگاه جدید که نقش پیرو را بازی می-کند به حالت connected درآمده و یک آدرس فعال دریافت می‌کند.
• حالت :Transmit حالتی است که دستگاه در حال ارسال داده خود می‌باشد. وقتی که ارسال داده تمام شد به حالت connected در می‌آید.
مزایای استفاده از بلوتوث:
• محدودیت در انتقال اطلاعات از طریق سیم
• ارزان قیمت بودن بلوتوث
• سرعت انتقال بالا
• برتری در مقابل مادون قرمز
• عدم تداخل با امواج دیگر
• خودکار بودن
• کم مصرف بودن
• امنیت بالا
امنیت بلوتوث:
بلوتوث به اندازه کافی دارای رمز و شناسایی می باشد. صحت اطلاعات در بلوتوث دارای اجزای زیر است:
• تولید عدد به صورت تصادفی
• رمزنگاری
• رمزگذاری کلید مدیریت
• شناسایی و تصدیق
نسخه های مختلف بلوتوث:
• نسخه 1.0 و 1.0B
• نسخه 1.1 (امکان پشتیبانی از کانال های بدون رمز اضافه شد - RSSI اضافه شد)
• نسخه 1.2 (قابلیت سازگاری با نسخه های قبلی - جهش فرکانسی را با حذف فرکانس های پر ازدحام کاهش داد - سرعت انتقال افزایش یافت (1Mb/s
• نسخه 2.0 + ERD (قابلیت سازگاری با نسخه های قبلی - سرعت تا 3MB/s افزایش یافته است - مصرف کم انرژی ناشی از کاهش چرخه های کاری - ساده سازی اتصالات چندگانه به علت پهنای باند بیشتر - نرخ خطای بیتی کاهش یافت)
• نسخه + HS 3.0Bluetooth v
• Bluetooth v4.0 (این نسخه از تکنولوژی BLE استفاده می کند که باعث می شود در زمان خواب، مصرف بلوتوث به حداقل برسد.)
نتیجه گیری:
فناوری بلوتوث نکات کلیدی مهمی را در بر می‌گیرد که استفاده گسترده آن را آسان می‌کند:
• این فناوری یک فناوری بی‌سیم کوتاه برد است که به دستگاههای پیرامون اجازه می‌دهد که از یک ماهواره هوایی منفرد (به جای استفاده از کابل‌هایی با اتصال گرهای با شکل‌ها، اندازه ها و تعداد گیره مختلف) برای اتصال استفاده کنند.
• این تکنولوژی یک استاندارد باز است که در دسترس عموم است و بدون حق امتیاز انحصاری است که باعث رایگان بودن آن می شود.
• بلوتوث از هر دونوع داده و صوت پشتیبانی می‌کند که باعث تبدیل شدن آن به یک فناوری ایده آل برای ارتباط بین وسیله‌ها شده است.
• بلوتوث از یک باند با فرکانس نامنظم که در همه جای دنیا قابل دسترس است استفاده می‌کند.
برای دستیابی به درك کامل از بلوتوث شبکه‌ای کامل از دستگاههای متفاوت بلوتوث (چند گانه) مورد نیاز است و این منتهی به رسیدن به شبکه‌های پراکنده بلوتوث میشود که باید اشاره به تشکیل، شکل دهی، زمانبندی و مسیریابی و شبکه‌ها کند. معماری بلوتوث به صورت شبکه‌های پیکونت است که یک دستگاه وظیفه هماهنگی بقیه ندها در شبکه را بر عهده دارد. استاندارد بلوتوث پروتکل‌های متعددی دارد که از استاندارد IEEE802.151 تبعیت می‌کند.
• امنیت ارسال داده بسیار بالا به دلیل کدگذاری پیچیده و تعویض اتوماتیک فرکانس برای جلوگیری از تداخل
