همه چیز درباره Bluetooth
تکنولوژی بلوتوث به عنوان یک جایگزین کم مصرف، کم هزینه برای اتصال های کابلی یا همتا به همتا معرفی و طراحی شد. بلوتوث را می توان در میلیاردها محیط مختلف نظیر PC ها، دیوایس های موبایل، دیوایس های پوشیدنی، اتوماسیون خانگی، سیستم سرگرمی درون اتومبیل، تجهیزات پزشکی و غیره پیدا کرد. هرچند، جدیدترین استاندارد بلوتوث 4 تلفیق پیچیده ای از اسامی و تکنولوژی های بی سیم را در خود گردآورده است: Classic, Low Energy, High Speed, Smart و Smart Ready.
این مقابله برای کمک به شما برای درک این واژه شناسی و چیزی که در PC، لپ تاپ، تبلت، گوشی هوشمند، ساعت هوشمند یا دستبند تناسب اندامی که در آینده تهیه می کنید باید به دنبال آن باشید به رشته تحریر در آمده است.
* در ابتدا
در دهه 90، دو نفر از کارمندان Ericsson به اسم Japp Haaresten و Sven Mattisson بر روی یک جایگزین برد کوتاه برای کابل های دیتای موازی کار می کردند. آن ها که در لابراتوارهای تحقیقاتی این کمپانی به نام Lund که در اعماق جنوب سوئد قرار گرفته بود تحقیقات خود را انجام می دادند نهایتا امواج رادیویی کوتاه UHF را تثبیت کردند. این فرکانس ها که دامنه بین 2.4 تا 2.485 GHz را در بر می گرفت به باند رادیویی صنعتی، علمی و پزشکی (ISM) تعلق داشت. هدف این دو، تحویل یک شبکه بی سیم محلی شخصی (WPAN یا wireless personal area network) برای تمام کامپیوترهای شخصی یا دیوایس های موبایلی که در این برد قرار می گرفتند بود. برای خلق این شبکه و در عین پرهیز از ایجاد مشکلات مربوط به تداخل، آن ها مشخصات اولیه آن را براساس یک تکنیک frequencyhopping طیف انتشاری به وجود آوردند. کاری که آن ها برای Ericsson انجام دادند به زودی سایر نقش آفرینان بزرگ در حوزه کامپیوترهای شخصی و تلفن های موبایل را به خود جلب کرد.
بنابراین، در سال 1988 اریکسون با IBM، اینتل، توشیبا و نوکیا تیمی تشکیل دادند تا Bluetooth Special Interest Group (SIG) را ایجاد کنند که مسوولیت فرموله کردن مشخصات بلوتوث را به عهده بگیرند و در عین حال برنامه کیفی و محافظت از این مارک تجاری را مدیریت نمایند. این بدان معنا بود که هر دیوایس بلوتوث دارای مجوز باید از استانداردهای SIG و شبکه patent همراه آن تبعیت نماید. امروزه اعضای SIG به 20000 کمپانی در سرتاسر جهان افزایش پیدا کرده است که این کمپنی ها در حوزه های مختلفی نظیر ارتباطات، کامپیوتر، شبکه سازی و محصولات الکترونیکی مصرفی فعالیت می نمایند.
* یک اسم عجیب
این اسم عجیب و نامعمول از کجا آمده؟ قبل از اتفاق نظر درباره یک اسم رسمی، اینتل کد Bluetooth را پیشنهاد کرد. امسی که از دومین پادشاه دانمارک در قرن دهم میلادی، King Harald Bluetooth که برای متحدسازی کشورهای اسکاندیناوی شهرت داشت به عاریت گرفته شده بود.
برای بسیاری از اعضای SIG، این اسم برای یک تکنولوژی که هدفش یکپارچه سازی و متحد نمودن PC و صنایع سلولی از طریق یک لیک بی سیم برد کوتاه بود منطقی به نظر می رسید. بدین ترتیب، وقتی هیچ اسم جایگزین دیگری پیشنهاد نشد، Bluetooth انتخاب گردید.
* اصول Bluetooth
دیوایس های بلوتوث می توانند شبکه های برد کوتاه و ad hoc به نام piconet را تشکیل دهند. وقتی دیوایس های بلوتوث در برد این رادیو قرار می گیرند و آن را ترک می نمایند Piconet ها به شکلی دینامیک تشکیل می شوند. هر piconet می تواند به طور همزمان با 7 دیوایس ارتباط برقرار نماید و هر دیوایس نیز می تواند به طور همزمان به چندین piconet تعلق داشته باشد. این تکنولوژی در عین حال از توانایی همزمان اداره داده ها و مبادلات صوتی برخوردار است.
این قابلیت، بلوتوث را به یک راه حل اساسی برای دیوایس هایی مثل هدست های هندزفری تبدیل می نماید. بلوتوث یک تکنولوژی کم مصرف است که وقتی غیرفعال است مصرف انرژی آن کاهش پیدا می کند. برای مشخص نمودن وضعیت، هر چیپ ست از یکی از سه طبقه بندی خاص (که بعدا آن ها را توضیح خواهیم داد) تبعیت می کند. مانع دیگری که وجود دارد تداخل است.
تکنولوژی بلوتوث از تکنیکی به نام adaptive frequenxy hopping یا AFH استفاده می کند و با کار درون طیف رادیویی مربوط به خود، فکانس هایی که توسط سایر دیوایس ها مورد استفاده قرار نمی گیرد شناسای می شود. امنیت بلوتوث سناریوهای Man In The Middle MITM که در آن یک مهاجم لینک ارتباطی را استراق سمع می کند خنثی می نماید. حملات MITM شامل Bluesnarfing (استخراج داده های دیوایس)، Bluebugging (به دست گرفتن کنترل یک دیوایس بلوتوث) و Bluecasting (انتشار آگهی به ابزار بلوتوث مجاور) می شوند.
* تاریخچه مشخصات بلوتوث
Bluetooth SIG از زمان شکل گیری خود، چهار نسخه عمده از مشخصات بلوتوث را منتشر کرده است. هر نسخه جدید شامل پشتیبانی از نسخه های قبلی هم می شود. نسخه های اولیه بلوتوث (1.0، 1.1، 1.2) بر افزایش قدرت، قابلیت اطمینان و مقاومت در برابر تداخل متمرکز بودند. نسخه سال 2002 یعنی 1.2 از تبادل های Basic Rate BR که سرعت هایی تا 1Mb/s فراهم می نمود پشتیبانی می کرد.
نسخه 2.0 در سال 2004 منتشر شد و Enhanced Data Rate EDR را برای سرعت های ارتباطی بالاتر و تا 3Mb/s معرفی نمود. Bluetooth v2.1 نیز مکانیزم Secure Simple Pairing SSP را معرفی کرد. از این مشخصه به عنوان شکلی از رمز گذاری کلید عمومی به منظور جفت شدن اتوماتیک دیوایس های فاقد صفحه کلید و نمایش گر (مثل هدست های بلوتوث) استفاده می شود. نسخه 3.0 در سال 2008 ظاهر شد و پشتیبانی اولیه از High Speed Bluetooth (که بعدا به آن می پردازیم) معرفی کرد.
* Bluetooth 4.0
جدیدترین ارتقای Bluetooth SIG Core Specification که نسخه ی 4.0 نام دارد در سال 2010 ارایه شد. از آن زمان به بعد اعضای SIG با چند ارتقای کوچک موافقت کرده اند و در حال حاضر نسخه جاری، 4.2 است (goo.gl/oKZCmX). متاسفانه،؛ مشخصات نسخه 4 تعدادی تکنولوژی متفاوت را در بر می گیرد.
به عنوان مثال، Bluetooth Low Energy، Bluetooth Classic BLE و Bluetooth High Speed وجود دارد. و به غیر از اسم Bluetooth، شباهت های زیادی بین این تکنولوژی ها وجود ندارد. بنابراین دانستن این که یک PC، تبلت، لپ تاپ، گوشی هوشمند یا سایر دیوایس ها از Bluetooth پشتیبانی می کنند چیز زیادی به شما نمی گوید.
* Bluetooth Smart
در تلاش برای روشن تر ساختن وضعیت، SIG اسم Bluetooth Smart را معرفی کرد. وقتی شما علامت Smart را ببینید می فهمید که آن دیوایس مجموعه عملکردهای پیشرفته ای شامل موارد زیر را ارایه می نماید:
- مصرف کم انرژی
- برد افزایش یافته
- ارتباطات قوی تر
- امنیت قدرتمندتر (رمزگذاری AES 128)
- قابلیت عملکرد در محصولات ساخت وندورهای متعدد و متفاوت
- هزینه پیاده سازی اندک
دوام باتری یک نکته کلیدی محسوب می شود. یک دیوایس Smart تا زمانی که داده ها به اشتراک گذاشته نشود غیرفعال باقی می ماند، چیزی که در نسل های قبلی تکنولوژی بلوتوث و به واسطه بعضی مسایل تکنیکی که هنگام جفت شدن برخی دیوایس های Bluetooth به وجود می آمد امکان پذیر نبود.
بنابراین، اگر یک عکس را بین دو دیوایس Smart Bluetooth به اشتراک بگذارید، وقتی انتقال آغاز می شود کانکشن فعال می گردد و سپس بعد از اتمام تبادل به حالت «خواب» یا sleep وارد می شود.
* Smart Ready در مقابل Smart
هرچند، علامت Smart تفاوت هایی زیرکانه در نام گذاری دارد که به راحتی می تواند شما را گول بزند. به عنوان مثال، برخی از دیوایس ها با عنوان Bluetooth Smart Ready برچسب خورده اند. این دیوایس ها به شکل یک هاب یا دیوایس مرکزی عمل می کنند. این بدان معنا است که آن ها می توانند درخواست های pairing ارتباط را با سایر دیوایس های بلوتوث راه اندازی کرده و حفظ کنند. آن ها نوعا دارای یک نمایشگر و یک صفحه کلید یا صفحه لمسی هستند؛ مثال هایی از این دیوایس ها عبارتند از PCها، لپ تاپ ها، تبلت ها، گوشی های هوشمند و ساعت های هوشمند.
سایر دیوایس های بلوتوث با برچسب Bluetooth Smart عرضه می شوند. از این ها با عنوان دیوایس های جانبی یاد می شود که به یک هاب مرکزی متصل می شوند. آن ها قبل از این که بتواند کار سودمندی انجام دهند باید به یک دیوایس Bluetooth Smart Ready متصل شوند. بسیاری از جدیدترین دیوایس های کوچک، بدون نمایشگر و صفحه کلید، مثلا هدفون های بی سیم، مسواک های هوشمند، کنترولرهای بازی و تعداد زیادی از سنسورها و پردازشگرهای پرداخت مبتنی بر beacon کاندید خوبی برای دیوایس های Smart هستند.
حالا اجازه دهید ببینیم Classic, Low Energy و High Speed در عمل چه معنایی دارد.
* Classic Bluetooth
مشخصات اصلی Bluetooth از زمان معرفی این تکنولوژی در چیزی به اسم Classic Bluetooth گردآوری شده است. این یعنی استاندارد بلوتوث تکنولوژی های تبادلی BR Basic Rate Enhanced Data Rate EDR که قبلا در این مقاله اشاره کردیم در بر می گیرد و در طی سال ها ویژگی های جدیدی به آن اضافه شده است. مثل adaptive happing در Classic Bluetooth این کار از طریق 79 فرکانس در فواصل زمانی 1MHz انجام می گیرد. دیوایس های تیپیکالی که می توانند از Classic Bluetooth استفاده کنند شامل PC ها و در کنار آن لپ تاپ ها، گوشی های هوشمند و تبلت های قدیمی تر می شود. آن ها همواره از برد Class 2 و قابلیت های پاور پشتیبانی می نمایند.
* Bluetooth LE
Bluetooth Low Energy (که قبلا با نام Wibree و سپس BLE شناخته می شد) زیرمجموعه ای از Bluetooth محسوب می شود. هرچند، از یک پروتکل کاملا متفاوت که به طور ویژه برای ایجاد سریع لینک های ساده، در عین استفاده از سطوح بسیار پایینی از پاور طراحی شده است استفاده می کند.
برخلاف Classic، مشخصات Low Energy 40 کانال عریض 2MHz را تعریف می کنند. این کانال ها با سرعت 2Mb/s عمل می کنند که پروفایل کم مصرف آن نرخ های بالاتر سرعت را فراهم می نمایند. هرچند، تقاضای پاور کم LE نوعا بین نصف تا یک صدم پاور Classic را نیاز دارد و به دیوایس ها اجازه می دهد ماه ها و حتی سال ها با استفاده از یک باتری سکه ای کوچک عمل کنند. این موضوع تولیدکننده ها را ترغیب کرده بلوتوث را با دیوایس های کوچک و کم هزینه ای که از باتری استفاده می کنند یکپارچه نمایند.
دیوایس های BLE می توانند یک کانکشن ایجاد کنند، دیتا مبادله نمایند، و فقط در عرض 3 میی ثانیه ارتباط را قطع نمایند. در مقابل، نسخه های قدیمی تر Bluetooth به حدود 100 میلی ثانیه نیاز داشتند. این قابلیت، در کنار الگوریتم های هوشمندی که در زمان idle دیوایس را به حالت «خواب» می برد به شکل عظیمی زمان صرف شده در سطوح مصرف انرژی زیاد را کاهش می دهد.
در عین حال، یک ویژگی broadcast به دیوایس ها اجازه می دهد به طور مداوم داده ها را به نرم افزار ناظر بر روی سایر دیوایس ها ارسال نمایند.
* Bluetooth High Speed
تکنولوژی Bluetooth High Speed HS (که به نام ZigBee نیز شناخته می شود) برای ارسال سریع ویدئو، موسیقی و سایر فایل های بزرگ و حجیم بین دیوایس ها طراحی شده است. این تکنولوژی اولین بار در آوریل 2009 و به عنوان بخشی از Bluetooth Core Specification version 3.0+HS معرفی شد.
هدف آن، تحویل یک تکنولوژی ساده تر و ارزان تر از جایگزین هایی مثل wifi و Wireless Personal Networks WPAN بود. بر اساس استاندارد IEEE 802، مسافت های انتشار آن، بسته به خروجی پاور محدود به دید مستقیم 10 تا 100 متر هستند. با انتقال داده ها از طریق یک شبکه ی ستاره ای، درختی یا mesh می توان به فواصل بیش تری دست پیدا کرد.
HS از طریق تقاضاهای بالاتر از Classic می تواند از سرعت هایی تا 24Mbps پشتیبانی نماید. و استراتژی Unicast Connectionless Data، نرخ تاخیرها را کاهش می دهد که بدین معنا است که مقدار داده های کم تری می توانند سریع تر ارسال شوند. تکنیک های کنترلی پیشرفته Power، تعداد کانکشن های برقرار نشده را کاهش می دهد. و این یعنی کاربران کم تر در معرض از دست دادن کانکشن یک هدست هستند، حتی زمانی که دوایس هاب در جیب یک کت یا درون یک کیف قرار داشته باشد. کاربردهای HS شامل سوئیچ های بی سیم برای چراغ ها، وسایل سنجش الکترونیکی در همایشگرهای داخل منازل، سیستم های مدیریت ترافیک و همچنین هر نوع دیوایس صنعتی یا مصرفی که به انتقال های برد کوتاه، کم مصرف و بی سیم نیاز داشته باشد می شود. یک مثال بدیهی دیگر، سیستم های سرگرمی درون اتومبیل است که در آن چندین نمایشگر و کانال ویدئویی می توانند بدون نیاز به سیم کشی های طولانی و پیچیده با یکدیگر همزمان شوند.
* اطلاعات بیشتر
اگر به دنبال اطلاعات فنی عمیق تری هستید، از Bluetooth.org بازدید کنید و به عنوان یک عضور sign up نمایید. شما در این جا بخش عظیم Technical Resources را مشاهده می کنید که مشخصات اصلی بلوتوث، پروفایل ها، تست، صلاحیت های فنی و خیلی چیزهای دیگر را تشریح می کند. این سایت توسط Bluetooth SIG اداره و اجرا می شود و به عنوان منبعی از اطلاعات توصیفی برای برنامه های مختلف SIG و طرح های خلاقانه آن، به علاوه توسعه تکنولوژی Bluetooth عمل می کند.
* کلاس های بلوتوث (Bluetooth Classes)
دیوایس های بلوتوث، براساس قوت سیگنال گیرنده/ فرستنده و حداکثر پاور مصرفی در سه کلاس طبقه بندی می شوند. برد موثر این کلاس ها، به واسطه موقعیت ها و شرایط محیطی، نوعا کوچک تر از اعدادی است که در اینجا قید شده اند.
Class 1: حداکثر برد 100 متر و حداکثر توان مصرفی 100 میلی وات (mW).
Class 2: حداکثر برد 10 متر و حداکثر توان مصرفی 2.5 میلی وات (mW).
Class 3: حداکثر برد 1 متر و حداکثر توان مصرفی 1 میلی وات (mW).
* Bluetooth SIG
SIG در سپتامبر 1998 تشکیل شد و حالا بیشتر از 20000 عضو دارد. Promoter ها، فعال ترین اعضای SIG محسوب می شوند و تاثیر بسیار قابل توجهی بر مسیر ترقی بلوتوث، هم از نظر استراتژیک و هم تکنولوژیک دارند. این ها شامل اعضای موسس SIG یعنی، Nokia, Toshiba, Ericsson و Intel هستند که حالا به مایکروسافت، Lenovo و Apple پیوسته اند.
اعضای SIG در کنار کمیته های مختلف در گروه های مطالعاتی (Strdy Groups)، گروه های تخصصی (Expert Groupe)، گروه های کاری (Working Groups) شرکت دارند. گروه های مطالعاتی، تحقیقاتی که به توسعه و اعلام مشخصات بلوتوث اختصاص دارد انجام می دهند و ممکن است در نهایت به گروه های کرای که از مجوزها و حقوق مستقلی برخوردار هستند تبدیل شوند. گروه های کاری، مشخصات جدید بلوتوث را توسعه می دهند و مشخصات قبلی را بهینه سازی می نمایند.
گروه های تخصصی با مشکلات فنی بلوتوث سروکار دارند و به گروه های کاری گزارش می دهند. کمیته های SIG با مجوز دهی، بازاریابی، بازبینی مشخصات، روش شناسی تست و کنترل فرآیند صلاحیت سروکار دارند.
به نقل از نشریه بزرگراه رایانه
www.SAMSUNGCENTER.ir