آشنایی با Bluetooth

آشنایی با Bluetooth و کارکرد آن

Bluetooth چیست؟
Bluetooth استانداردی است که توسط گروهی از تولید کنندگان عرضه شده و به انواع دستگاه‌ها

- از کامپیوترها و تلفن‌های سلولی تا صفحه کلیدها و هدفون‌ها- امکان می‌دهد تا با ارتباطات خاص خود با دستگاه دیگر ارتباط برقرار نمایند (البته بدون سیم، کابل یا هر گونه عملکرد از طرف کاربر). Bluetooth در دو سطح کار می‌کند:

- این استاندارد توافق در سطح فیزیکی را فراهم می‌سازد

- Bluetooth یک استاندارد فرکانس رادیویی است.

- Bluetooth توافق در سطح بالاتر را نیز فراهم می‌سازد بدین معنی که محصولات باید نسبت به زمان ارسال بیت‌ها، تعداد بیت‌های ارسالی در هر بار و چگونگی حصول اطمینان از اینکه پیغام‌های دریافت شده همان پیغام‌های ارسال شده هستند، با یکدیگر توافق داشته باشند.

شرکت‌های متعلق به گروه Bluetooth Special Interest، که تعداد آنها بالغ بر 1000 شرکت است، تمایل دارند که ارتباطات رادیویی Bluetooth در اتصال تجهیزات جانبی، تلفن‌ها و کامپیوترها جایگزین سیم شود.

راهکار Bluetooth

Bluetooth به منظور رفع مشکلات حاصل از دو تکنولوژی مادون قرمز و همگام سازی کابل عرضه شده است. تولید کنندگان سخت‌افزار همچون شرکت‌های زیمنس، اینتل، توشیبا، موتورولا و اریکسون مشخصه‌ای را برای یک ماجول رادیویی خیلی کوچک طراحی کرده‌اند تا درون کامپیوتر، تلفن و تجهیزات سرگرمی قرار گیرد. از دیدگاه کاربر Bluetooth دارای سه قابلیت مهم است:

- قابلیت بی سیم:

در هنگام مسافرت نیازی به حمل چمدانی پر از سیم برای اتصال دستگاه‌ها نمی‌باشد و می‌توانید بدون نگرانی از وجود سیم دفتر کار خود را طراحی نمایید.

مشکلات وقتی قرار است دو دستگاه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند ابتدا باید درباره تعدادی از نکات توافق داشته باشند.

اولین نکته جنبه فیزیکی دارد:

آیا ارتباط آنها از طریق سیم خواهد بود یا از طریق سیگنال‌های بی‌سیم. در صورت استفاده از سیم چه تعداد از آن مورد استفاده خواهد بود، یک سیم، دو سیم، هشت سیم یا 25 سیم؟ بعد از تعیین نوع فیزیکی ارتباط مسائل دیگری مطرح می‌شوند:

- اطلاعات می‌توانند به صورت یک بیت در هر بار ارسال شوند که به این حالت ارتباط سریال گفته می‌شود. اگر اطلاعات به صورت گروهی از بیت‌ها (معمولا 8 یا 16 بیت در هر بار) ارسال شوند به آن ارتباط پارالل گفته می‌شود. یک کامپیوتر دسک تاپ از هر نوع ارتباط برای اتصال به دستگاه‌های مختلف استفاده می‌کند به عنوان مثال مودم‌ها ، ماوس‌ها و صفحه کلید‌ها از طریق ارتباط سریال و چاپگرها از طریق ارتباط پارالل به کامپیوتر متصل می‌شوند.

- دستگاه‌های متصل شده به هم باید منظور و معنی بیت‌های ارسالی را دریافته و بدانند که آیا پیغامی که آنها دریافت کرده‌اند همان پیغامی است که ارسال شده. در اکثر موارد این موضوع به معنای توسعه یک زبان دستور و پاسخ است که پروتکل نامیده می‌شود. تعدادی از محصولات دارای پروتکل استانداردی می‌باشند که تمامی شرکت‌ها از آن استفاده می‌کنند تا دستورات مربوط به یک محصول در مورد محصول دیگر در مجموعه متصل شده نیز صدق کند. مودم‌ها از جمله ابزارهایی هستند که در این مقوله قرارمی‌گیرند. دیگر انواع محصولات هر کدام به زبان خاص خود ارتباط برقرار می‌نمایند. این به آن معناست که دستورات در نظر گرفته شده برای یک محصول خاص اگر توسط دستگاه دیگر دریافت شود برای آن نامفهوم خواهد بود. چاپگرها با چندین استاندارد مانند PCL و PostScript در این مقوله جای می‌گیرند.

شرکت‌های تولید کننده کامپیوتر، سیستم‌های سرگرمی و دیگر وسایل الکترونیکی دریافته‌اند که تعداد بیشمار کابل‌ها و کانکتورهای محصولاتشان، نصب صحیح یک سیستم کامل را برای بار اول حتی برای متخصصان مشکل می‌سازد. راه‌اندازی کامپیوترها و سیستم‌ها‌ی خانگی روز به روز پیچیده‌تر شده و شخص خریدار باید تمامی جزییات مربوط به اتصال کلیه قسمت‌ها را یاد گرفته و به خاطر بسپارد. بنابراین برای رفع این مشکلات به روش بهتری برای ایجاد ارتباط بین دستگاه‌ها نیاز داریم. در اینجاست که Bluetooth معرفی می‌شود.

شرکت سوئدی اریکسون در سال 1994 در حال ساخت و طراحی ارتباطی کم مصرف و کم هزینه بین تلفن های همراه و گوشی های بی سیم بود.اریکسون در سال 1995 ، این فن آوری را گسترش داد و برای آن نام بلوتوث را انتخاب کرد تا یاد آور اتحاد صلح آمیز کشور سوئد باشد.زیرا بلوتوث وایکینگی بود که در شمال اروپا به دریانوردی مشغول بود و توانست بدون جنگ و از طریق گفتمان دانمارک ،سوئد جنوبی و نروژ شمالی را متحد کند.این کار او باعث شد در تاریخ از او به عنوان پادشاهی ماهر در مذاکره و گفتمان یاد شود.هرچند بلوتوث نتوانست با پسر خودش بر سر قدرت کنار آید و در جنگی به دست پسرش کشته شد.
اریکسون به پیروی ازبلوتوث فقید به فکر مذاکره با شرکت های بزرگ جهان چون آی بی ام، اینتل ، نوکیا ، توشیبا و .. افتاد.و گروه کاری دوست داران بلوتوث (Bluetooth SIG) را در سال 1998 به وجود آورد و به این ترتیب این گروه کاری نظارت بر کار پیشرفت و توسعه و عمومی کردن این فن آوری را به عهده گرفت.
در گذشته هر دستگاه بلوتوث دارای دو تراشه بود،اما اکنون هر دستگاه بلوتوث دارای تراشه گیرنده و فرستنده کوچکی به اندازه حدود 4 سانتی متر است که در فرکانس های رادیویی (صنعتی،علمی و پزشکی) مشهور به آی اس ام در محدوده باند 4/2 تا 48/2 گیگاهرتز عمل می کند.علت انتخاب این فرکانس این است که معمولا در سراسر جهان به صورت رایگان،بدون هرگونه محدودیت و مجوز،قابل دسترسی و استفاده است.
برخی از کشورهای اروپایی و امریکا از این محدوده فرکانس استفاده می کنند.اما کشور های اسپانیا،ژاپن و فرانسه از مقدار های دیگری استفاده می کنند.برای تطبیق و سازگاری این اختلاف باند ها. آی سی ام برای کشور های گروه اول به 79 کانال تقسیم شده است که هر کدام از آنها قابلیت انتقال پهنای باند یک مگاهرتزی را دارند.اما برای کشور های گروه دوم 23 کانال یک مگاهرتزی در نظر گرفته شده است.به این ترتیب بلوتوث می تواند به صورت جهانی به کار رود.
هر تراشه بلوتوث نرم افزاری دارد که کارش شناسایی سایر دستگاه های دارای تراشه بلوتوث، و برقراری ارتباط و انتقال داده هاست. به این ترتیب اگر دستگاه های دارای تراشه بلوتوث در نزدیکی هم قرار بگیرند، بصورت خودکار شبکه ای به وجود می آورند.به این شبکه،پیکونت (Piconet) یا شبکه تریلیونیمی نام داده اند،تا نشان دهنده این باشد که این شبکه در محدوده و دامنه کوچکی به صورت بی سیم،و به صورت خود کار درست می شود.بنا برین واحد اصلی در سامانه های بلوتوث شبکه تریلیومینی یا پیکونت است که در اینجا برای معرفی آن از واژه ریز شبکه استفاده می کنیم.در این ترکیب شبکه ای بی سیم به وجود می آید که دستگاهی مانند کامپیوتر کیفی یا پی دی ای نقش فرمانده (Master) و سایر دستگاه ها مانند چاپگر ها، اسکنر ها و . به عنوان فرمانبر(Slave) ، نقش فرعی را به عهده می گیرند.
گروه فرمانده یا اصلی یکتاست.اما گروه های فرمانبر یا فرعی می توانند 7 عدد باشند. به شرطی که در فاصله 10 متری از گروه اصلی یا فرمانده باشند و به این ترتیب دستگاه اصلی تصمیم می گیرد که چه کاری توسط کدام دستگاه فرعی انجام شود. اگر یک دستگاه در دو یا بیشتر ریز شبکه عضو باشد، شبکه ی توزیعی درست می شود..در این صورت دستگاهی که در یک شبکه تریلیونیمی نقش اصلی و فرمانده را داشت ممکن است در شبکه ی دیگر به صورت همزمان،نقش فرعی و فرمان بر را داشته باشد. علاوه بر 7 دستگاه فرمانبر فعال ، می توان تا 255 دستگاه غیر فعال نیز داشت.اینها دستگاه هایی هستند که دستگاه اصلی توان مصرفی آنها را کم کرده است تا در مصرف باطری صرف جویی شود.بنابرین دستگاه های غیر فعال نمی توانند کاری انجام دهند،مگر اینکه به سیگنال فعال سازی یا فرمان حاصل از دستگاه اصلی پاسخ دهند.

بطور کلی میتوان گفت:

۱- بلوتوث فن آوری انتقال بی سیم برای ارتباط رادیویی با برد کم،بین دستگاه الکترونیکی مجهز به تراشه بلوتوث است.این فن آوری با ایجاد زبانی مشترک، باعث می شود که آن ها بتوانند با هم ارتباط برقرار کنند.

۲- ارتباط بلوتوثی را می توان شبکه ی شخصی بی سیم به حساب آورد.

۳- دستگاه های دارای تراشه بلوتوث حدود 10 متر برد دارند،و می توانند داده ها را در سرعت حدود 720 کیلوبیت در ثانیه از طریق دیوارها،کیف ها و سایر موانع عبور دهند.
 
۴- ویژگی بارز بلوتوث برد کم،سرعت محدود و مصرف انرژی پایین است.بنابرین نمیتوان آن را جایگزین شبکه های محلی بی سیم دانست.

۵- این استاندارد علاوه بر برد کوتاه 10 متری،دارای برد متوسط 100 متری نیز می باشد.اما به ندرت از این برد استفاده می شود زیرا به توان الکتریکی و هزینه زیادی نیاز دارد.

۶- بلوتوث برای کاهش تداخل موج های برد کوتاه، از روش انتقال داده ها به صورت بیت های بسته ای استفاده می کند.به عبارت دیگر آن ها را به بیت های بسته ای تقسیم می کند.برای معرفی این روش تقسیم از واژه FHSS استفاده می شود که جمع سر واژه ی کلمه های زیر به معنای نوسان فرکانس با طیف گسترده است:

Frequency Hopping Spread Spectrum

علت انجام این کار این است که باند آی سی ام رایگان است و نیاز به مجوز استفاده ندارد.بنابرین امکان تداخل فرکانس با دستگاه و وسیله های دیگر مانند اجاق های ماکروویو وجود دارد که در این باند کار می کنند.بلوتوس با استفاده از تقسیم بیت های بسته ای ،سعی در انتقال داده ها به صورت منفرد و جداگانه دارد.علاوه بر این هنگام انتقال داده ها،79 کانال بند آی سی ام با سرعت 1600 بار در ثانیه یکی یکی بررسی می شوند تا امکان برخورد داده ها به حداقل برسد. تازه در صورتی که بیت های بسته ای با داده های دیگر دستگاه برخورد کنند،بخش تصحیح خطای بلوتوث درخواست ارسال مجدد آن ها را می کند