آشنايی با Bluetooth و كاركرد آن

راه‌های مختلفی برای اتصال دستگاه‌های الكترونيكی به يكديگر وجود دارد. به عنوان مثال:

- بسياری از كامپيوترهای دسك‌تاپ دارای يك واحد پردازش مركزی می‌باشند كه به يك ماوس، صفحه كليد، چاپگر و غيره متصل می‌شود.

- Personal Digital Assistant) PDA) به طور معمول با استفاده از يك كابل و يك پايه (Cradle) به كامپيوتر متصل می‌شود.

- تلويزيون به طور معمول با استفاده از يك دستگاه كنترل از راه دور با VCR و جعبه كابل مرتبط می‌شود.

- تلفن بی سيم با استفاده از امواج راديويی به پايه خود متصل می‌شود و احتمالا هدفونی دارد كه با يك سيستم به تلفن متصل می‌شود.

- در يك سيستم استريو، پخش‌كننده سی‌دی وديگر دستگاه‌های صوتی به گيرنده‌ای متصل می‌شوند كه خود به بلندگوها وصل است.

هنگامی كه از كامپيوترها، سيستم‌های سرگرمی و تلفن استفاده می‌كنيد بخش‌های مختلف اين سيستم‌ها مجموعه‌ای از دستگاه‌های الكترونيكی را تشكيل می‌دهند. اين دستگاه‌ها با استفاده از سيم، كابل، امواج راديويی، اشعه مادون قرمز و حتی انواع مختلف كانكتورها، اتصالات و پروتكل‌ها، با يكديگر ارتباط برقرار می‌كنند. هنر اتصال دادن دستگاه‌های الكترونيكی هر روز پيچيده‌تر می‌شود. گاهی اوقات احساس می‌كنيم برای نصب و راه‌اندازی اين دستگاه‌ها در خانه خود، بايد مدرك دكترا در مهندسی الكترونيك داشته باشيم. اما در اينجا به روش كاملا متفاوتی برای ايجاد اتصالات اشاره می‌كنيم كه Bluetooth نام دارد. Bluetooth بی‌سيم و اتوماتيك بوده و ويژگی‌هايی جالبی دارد كه زندگی روزانه ما را در ارتباط با نصب دستگاه‌ها آسان می‌سازد.



مشكلات

وقتی قرار است دو دستگاه با يكديگر ارتباط برقرار كنند ابتدا بايد درباره تعدادی از نكات توافق داشته باشند. اولين نكته جنبه فيزيكی دارد: آيا ارتباط آنها از طريق سيم خواهد بود يا از طريق سيگنال‌های بی‌سيم. در صورت استفاده از سيم چه تعداد از آن مورد استفاده خواهد بود، يك سيم، دو سيم، هشت سيم يا 25 سيم؟ بعد از تعيين نوع فيزيكی ارتباط مسائل ديگری مطرح می‌شوند:

- اطلاعات می‌توانند به صورت يك بيت در هر بار ارسال شوند كه به اين حالت ارتباط سريال گفته می‌شود. اگر اطلاعات به صورت گروهی از بيت‌ها (معمولا 8 يا 16 بيت در هر بار) ارسال شوند به آن ارتباط پارالل گفته می‌شود. يك كامپيوتر دسك تاپ از هر نوع ارتباط برای اتصال به دستگاه‌های مختلف استفاده می‌كند به عنوان مثال مودم‌ها ، ماوس‌ها و صفحه كليد‌ها از طريق ارتباط سريال و چاپگرها از طريق ارتباط پارالل به كامپيوتر متصل می‌شوند.

- دستگاه‌های متصل شده به هم بايد منظور و معنی بيت‌های ارسالی را دريافته و بدانند كه آيا پيغامی كه آنها دريافت كرده‌اند همان پيغامی است كه ارسال شده. در اكثر موارد اين موضوع به معنای توسعه يك زبان دستور و پاسخ است كه پروتكل ناميده می‌شود. تعدادی از محصولات دارای پروتكل استانداردی می‌باشند كه تمامی شركت‌ها از آن استفاده می‌كنند تا دستورات مربوط به يك محصول در مورد محصول ديگر در مجموعه متصل شده نيز صدق كند. مودم‌ها از جمله ابزارهايی هستند كه در اين مقوله قرارمی‌گيرند. ديگر انواع محصولات هر كدام به زبان خاص خود ارتباط برقرار می‌نمايند. اين به آن معناست كه دستورات در نظر گرفته شده برای يك محصول خاص اگر توسط دستگاه ديگر دريافت شود برای آن نامفهوم خواهد بود. چاپگرها با چندين استاندارد مانند PCL و PostScript در اين مقوله جای می‌گيرند.

شركت‌های توليد كننده كامپيوتر، سيستم‌های سرگرمی و ديگر وسايل الكترونيكی دريافته‌اند كه تعداد بيشمار كابل‌ها و كانكتورهای محصولاتشان، نصب صحيح يك سيستم كامل را برای بار اول حتی برای متخصصان مشكل می‌سازد. راه‌اندازی كامپيوترها و سيستم‌ها‌ی خانگی روز به روز پيچيده‌تر شده و شخص خريدار بايد تمامی جزييات مربوط به اتصال كليه قسمت‌ها را ياد گرفته و به خاطر بسپارد. بنابراين برای رفع اين مشكلات به روش بهتری برای ايجاد ارتباط بين دستگاه‌ها نياز داريم. در اينجاست كه Bluetooth معرفی می‌شود.

Bluetooth چيست؟

Bluetooth استانداردی است كه توسط گروهی از توليد كنندگان عرضه شده و به انواع دستگاه‌ها - از كامپيوترها و تلفن‌های سلولی تا صفحه كليدها و هدفون‌ها- امكان می‌دهد تا با ارتباطات خاص خود با دستگاه ديگر ارتباط برقرار نمايند (البته بدون سيم، كابل يا هر گونه عملكرد از طرف كاربر). Bluetooth در دو سطح كار می‌كند:

- اين استاندارد توافق در سطح فيزيكی را فراهم می‌سازد- Bluetooth يك استاندارد فركانس راديويی است.
- Bluetooth توافق در سطح بالاتر را نيز فراهم می‌سازد بدين معنی كه محصولات بايد نسبت به زمان ارسال بيت‌ها، تعداد بيت‌های ارسالی در هر بار و چگونگی حصول اطمينان از اينكه پيغام‌های دريافت شده همان پيغام‌های ارسال شده هستند، با يكديگر توافق داشته باشند.

شركت‌های متعلق به گروه Bluetooth Special Interest، كه تعداد آنها بالغ بر 1000 شركت است، تمايل دارند كه ارتباطات راديويی Bluetooth در اتصال تجهيزات جانبی، تلفن‌ها و كامپيوترها جايگزين سيم شود.

ديگر اتصالات بی‌سيم

در حال حاضر دو راه برای كنار گذاشتن سيم‌ها وجود دارد. اولين روش انتقال اطلاعات از طريق اشعه‌های نوری در طيف مادون قرمز می‌باشد. مادون قرمز يعنی امواج نوری با فركانسی پايين‌تر از فركانسی كه چشمان انسان می‌تواند دريافت و تعبير كند. مادون قرمز در اكثر دستگاه‌های كنترل از راه دور تلويزيون‌ها استفاده می‌شود و در ضمن به همراه استانداردی به عنوان IrDA يا Infrared Data Association برای اتصال كامپيوترها به تجهيزات جانبی به كار گرفته می‌شود.

مادون قرمز برای اكثر سيستم‌های خانگی و كامپيوتر، در حالت ديجيتال مورد استفاده قرار می‌گيرد. ارتباطات مادون قرمز نسبتا قابل اعتماد بوده و هزينه بالايی ندارد. اما دو نقطه ضعف در اينگونه اتصالات ديده می شود: اولين نقطه ضعف اين است كه مادون قرمز يك تكنولوژی "line of sight" است. به عنوان مثال برای اينكه دستگاه ريموت كار كند. بايد آن را به طرف تلويزيون يا پخش كننده DVD بگيريم. دومين نقطه ضعف اين است كه مادون قرمز تقريبا هميشه يك تكنولوژی " يك به يك" (one-to-one) است. شما می‌توانيد ديتا را بين كامپيوتر دسك‌تاپ و لپ‌تاپ خود انتقال دهيد اما نمی‌توانيد همزمان با آن انتقال بين لپ‌تاپ و PDA را نيز داشته باشيد.

البته اين دو ويژگی مادون قرمز از بعضی جهات مزيت محسوب می‌شوند. از آنجاييكه فرستنده‌ها و گيرنده‌های مادون قرمز بايد در يك خط قرار گيرند، تداخلی بين دستگاه‌ها پيش نمی‌آيد. ويژگی "يك به يك" بودن مادون قرمز نيز اين مزيت را دارد كه می‌توانيد مطمئن باشيد پيغام تنها به دستگاه گيرنده مورد نظر خواهد رسيد - حتی اگر اين دستگاه گيرنده در اتاقی مملو از دستگاه‌های گيرنده ديگر باشد.

دومين جايگزين سيم، همگام سازی كابل، نسبت به مادون قرمز مشكلات بيشتری را ايجاد می‌كند. اگر Palm Pilot، دستگاه ويندوز CE يا Pocket PC داشته باشيد به طور حتم دوباره همگام‌سازی اطلاعات داريد. در همگام سازی ازپس از اتصال PDA به كامپيوتر (معمولا با استفاده از كابل) دگمه‌ای را فشار داده و مطمئن خواهيد شد كه ديتا در PDA و ديتای كامپيوتر با يكديگر هماهنگ هستند. اين تكنيكی است كه PDA را برای بسياری از كاربران ارزشمند می‌سازد، اما همگام‌سازی PDA، با كامپيوتر و حصول اطمينان از اينكه از كابل يا پايه مناسب برای اتصال اين دو دستگاه برخورداريد می‌تواند يك مشكل واقعی محسوب شود.



راهكار Bluetooth

Bluetooth به منظور رفع مشكلات حاصل از دو تكنولوژی مادون قرمز و همگام سازی كابل عرضه شده است. توليد كنندگان سخت‌افزار همچون شركت‌های زيمنس، اينتل، توشيبا، موتورولا و اريكسون مشخصه‌ای را برای يك ماجول راديويی خيلی كوچك طراحی كرده‌اند تا درون كامپيوتر، تلفن و تجهيزات سرگرمی قرار گيرد. از ديدگاه كاربر Bluetooth دارای سه قابليت مهم است:

- قابليت بی سيم: در هنگام مسافرت نيازی به حمل چمدانی پر از سيم برای اتصال دستگاه‌ها نمی‌باشد و می‌توانيد بدون نگرانی از وجود سيم دفتر كار خود را طراحی نماييد.

- Bluetooth ارزان است.

- با استفاده از Bluetooth ناچار نخواهيد شده فكر خود را بيش از اندازه درگير نماييد زيرا به تخصص خاصی در رابطه با اتصالات نياز نخواهيد داشت. دستگاه‌ها يكديگر را يافته و بدون دخالت كاربر ارتباط لازم را برقرار می‌نمايند.





فركانس Bluetooth

Bluetooth بر روی فركانس 2.45 گيگاهرتز ارتباط برقرار می‌سازد كه با توافق بين‌المللی برای استفاده از دستگاه‌های ISM يا صنعتی، علمي و پزشكی) در نظر گرفته شده است.

تعدادی‌از دستگاه‌‌هايی كه در حال حاضر استفاده می‌كنيد از همين باند فركانس راديويی بهره می‌برند. دستگاه‌های كنترل نوزادان، دستگاه‌های باز كننده درب پاركينگ و جديدترين نسل تلفن‌های بی‌سيم از فركانس‌های باند ISM بهره می‌برند. حصول اطمينان از اينكه Bluetooth و اين دستگاه‌ها با يكديگر تداخل پيدا نمی كنند، بخش مهمی از فرآيند طراحی بوده است.



اجتناب از تداخل: سيگنال‌های ضعيف

يكی از روش‌هايی كه سبب می‌شود دستگاه‌های Bluetooth با ديگر سيستم‌ها تداخل پيدا نكنند، ارسال سيگنال ضعيف به ميزان يك ميلی‌وات می‌باشد. در مقايسه، قويترين تلفن‌های سلولی می‌توانند سيگنالی به ميزان سه وات را مخابره كنند. سيگنال ضعيف، برد دستگاه مجهز به تكنولوژی Bluetooth را به حدود 10 متر محدود می‌سازد و امكان تداخل بين كامپيوتر و تلفن يا تلويزيون را كاهش می‌دهد. بدين ترتيب حتی ديوارهای خانه نيز نمی‌توانند مانعی برای سيگنال Bluetooth باشند. در نتيجه اين استاندارد برای كنترل چند دستگاه در قسمت‌های مختلف خانه مفيد واقع می‌شود.

ممكن است تصور كنيد وجود دستگاه‌های متفاوت مجهز به Bluetooth در يك اتاق موجب تداخل آنها می‌شود اما اينطور نيست، دليل آن را برايتان توضيح خواهيم داد.



عدم تداخل با استفاده از تكنيك Hopping

بعيد به نظر می‌رسد كه چند دستگاه در يك زمان بر روی يك فركانس باشند، زيرا Bluetooth از تكنيكی به نام Spread-Spectrum Frequency Hopping استفاده می‌كند. در اين تكنيك، يك دستگاه می‌تواند با تغيير از يك فركانس به فركانس ديگر، 79 فركانس درون برد تعيين شده را مورد استفاده قرار دهد. در مورد Bluetooth فرستنده‌ها فركانس‌ها را 1600 بار در ثانيه تغيير می‌دهند به اين معنی كه اكثر دستگاه‌ها می‌توانند بهره كامل را از يك بخش محدود از طيف راديويی ببرند. از آنجاييكه هر فرستنده Bluetooth به طور اتوماتيك از ارسال طيف گسترده استفاده می‌كند احتمال اينكه دو فرستنده در يك زمان بر روی يك فركانس قرار گيرند وجود ندارند. اين تكنيك خطر تداخل تلفن‌های موبايل يا دستگاه‌های كنترل نوزاد با دستگاه‌های Bluetooth را به حداقل می‌رساند، زيرا هر تداخل روی يك فركانس خاص تنها در بخش بسيار كوچكی از ثانيه طول خواهد كشيد.

وقتی دستگاه‌های مجهز به تكنولوژی Bluetooth در برد يكديگر قرار می‌گيرند يك ارتباط الكترونيكی برقرار می‌شود تا مشخص شود كه آيا آنها اطلاعاتی را به اشتراك می‌گذارند يا اينكه يكی از آنها بايد ديگری را كنترل كند. نيازی نيست تا كاربر دگمه‌ای را فشارد دهد يا دستوری را وارد نمايد زيرا اين ارتباط الكترونيكی به طور اتوماتيك برقرار می‌شود. زمانيكه ارتباط برقرار شد، دستگاه‌ها -از هر نوع- شبكه‌ای را تشكيل می‌دهند. سيستم‌های Bluetooth يك شبكه (Personal-area network)اpiconet را تشكيل می‌دهند كه ممكن است تمام فضای اتاق را پر كند يا اينكه فاصله كمی را پوشش دهد. زمانيكه شبكه Piconet برقرار شد دستگاه‌های عضو شبكه فركانس‌ها را تغيير می‌دهند تا با يكديگر در تماس باشند و در ضمن از شبكه‌های Piconet ديگر كه احتمالا در همان اتاق برقرار شده‌اند، اجتناب ورزند.



شبكه‌ها

حال ببينيم چگونه Bluetooth Frequency hopping و Personal -area network از آشفتگی سيستم‌ها جلوگيری می‌كنند. فرض كنيد سيستم سرگرمی خانگی شما شامل استريو، دستگاه‌ پخش DVD، گيرنده ماهواره‌ای و يك تلويزيون می‌باشد. در ضمن يك تلفن بی‌سيم و كامپيوتر شخصی نيز در اين اتاق وجود دارد. هر كدام از اين سيستم‌ها مجهز به Bluetooth بوده و برای ارتباط بين واحد اصلی و تجهيزات جانبی شبكه Piconet‌ خود را دارا می‌باشند.



تلفن بی‌سيم دارای يك فرستنده Bluetooth در پايه و يك فرستنده Bluetooth ديگر در گوشی می‌باشد. توليد كننده برای هر واحد يك آدرس در نظر گرفته و اين آدرس در محدوده آدرس‌هايی است كه برای يك نوع دستگاه خاص تنظيم شده است. وقتی ابتدا پايه تلفن روشن م‍ی‌شود سيگنال‌های راديويی را ارسال می‌كند كه در جستجوی پاسخ از طرف هر واحدی است كه در اين محدوده خاص دارای آدرس می‌باشد. از آنجاييكه گوشی نيز يك آدرس در اين محدوده دارد، پاسخ می‌دهد و در نتيجه يك شبكه بسيار كوچك شكل می‌گيرد. حال حتی اگر يكی از اين دستگاه‌ها بايد سيگنال‌هايی از سيستم ديگر دريافت كند، ناديده گرفته می‌شود زيرا اين دستگاه درون شبكه قرار ندارد. كامپيوتر و سيستم سرگرمی خانگی نيز با برقراری شبكه در ميان آدرس‌هايی كه توسط توليد كنندگان در محدوده تعيين شده قرار گرفته‌اند، همين جريان را اجرا می‌كنند. بعد از برقرار شدن شبكه‌ها، ارتباط بين سيستم‌ها آغاز می‌شود. هر شبكه Piconet بين فركانس‌های موجود در تغييرات، بنابراين تمامی شبكه‌های Piconet كاملا از يكديگر جدا می‌باشند.

اكنون در اين مكان سه شبكه جداگانه ايجاد شده و هر يك از اين شبكه‌ها شامل دستگاه‌هايی هستند كه آدرس فرستنده‌هايی كه بايد از آن سيگنال بگيرند يا گيرنده‌هايی كه بايد به آن سيگنال ارسال كنند را می‌دانند . از آنجاييكه هر شبكه هزاران بار در ثانيه فركانس عملكرد خود را تغيير می‌دهد بعيد به نظر می‌رسد كه دو شبكه در يك زمان بر روی يك فركانس قرار گيرند. اگر هم چنين اتفاقی بيفتد، آشفتگی حاصل تنها در بخش اندكی از ثانيه طول می‌كشد و نرم‌افزار طراحی‌شده برای تصحيح چنين خطاهايی مشكل را بر طرف می‌سازد.



Half-Full Duplex

يك شبكه يا روش ارتباطی يا در يك زمان تنها در يك جهت كار می‌كند كه به آن Half Duplex Communication گفته می‌شود و يا اينكه همزمان دو جهت را تحت پوشش دارد و به Full Duplex Communication معروف است. تلفن Speaker phone كه تنها امكان گوش دادن يا حرف زدن را در يك زمان فراهم می‌سازد (و نه هر دو را با هم)، نمونه‌ای ازHalf Duplex Communication است، در حاليكه گوشی تلفن معمولی Full Duplex می‌باشد. چون Bluetooth طوری طراحی شده كه بتواند در شرايط مختلف كار كند می‌تواند هم half- Duplex و full-Duplex باشد. تلفن بی سيم يك نمونه از دستگاه‌هايی است كه به لينك full-deplex (دو طرفه) نياز دارد و Bluetooth می‌تواند ديتا را با سرعتی بيش از 64000 بيت در ثانيه (كه برای پشتيبانی چندين مكالمه صوتی كفايت می‌كند) با لينك full-Duplex ارسال كند. اگر يك دستگاه خاص به لينك half- Duplex نياز داشته باشد (به عنوان دو مثال،‌اتصال به چاپگر)، Bluetooth می‌تواند ديتا را با سرعت 721 كيلو بيت در يك جهت و با سرعت 57.6 كيلو بيت در ثانيه در جهت ديگر ارسال كند. اگر دستگاه به سرعت مشابه در دو جهت نياز داشته باشد لينكی با ظرفيت 432.6 kbps در هر جهت ايجاد خوهد شد.



مشخصات Bluetooth

در اينجا بعضی از مشخصات Bluetooth را كه در وب سايت آن آمده، آورده‌ايم:

- دستگاه‌های يك شبكه يك كانال ارتباطی مشترك را مورد استفاده قرار می‌دهند. اين كانال دارای ظرفيت كل يك مگابيت در ثانيه می‌باشد. هدرها و اطلاعات hand shaking در حدود 20 درصد از اين ظرفيت را مصرف می‌كنند.

- در ايالات متحده و اروپا برد فركانس بين 2400 تا 2483.5 مگاهرتز بوده و 79 كانال فركانس راديويی (RF) يك مگاهرتز موجود می‌باشد. در عمل اين برد بين 2403 تا 2480 مگاهرتز است. در ژاپن برد فركانس 2472 تا 2497 مگاهرتز با 23 كانال RF يك مگاهرتز می‌باشد.

- هر hop كانال داده بطور تصافي در هر ثانيه بين 79 يا 23 كانال RF سوئيچ می‌كند.

- هر كانال به شكاف‌های زمانی به طول 625 ميكروثانيه تقسيم می‌شود.

- هر شبكه Piconet دارای يك وسيله اصلی (master) و حداكثر 7 پيرو (slave) می‌باشد و وسيله اصلی سيگنال‌ها را در شكاف‌های زمانی زوج و پيروها در شكاف‌های زمانی فرد ارسال می‌كنند.

- تعداد Packetها می‌تواند حداكثر تا 5 شكاف زمانی باشد.

- طول ديتا در يك پيام می‌تواند تا 2745 بيت باشد.

- در حال حاضر دو نوع انتقال ديتا بين دستگاه‌ها وجود دارد. : Synchronous Connection Oriented يا SCO و Asynchronous Connection Less يا ACL .

- در يك Piconet می‌تواند سه لينك SCO كه سرعت هر كدام 64000 بيت در ثانيه است، وجود داشته باشد. برای اجتناب از مشكلات مربوط به زمان و تداخل، لينك‌های SCO از شكاف‌های ذخيره شده توسط دستگاه اصلی استفاده می‌كنند.

- دستگاه‌های اصلی می‌توانند تا 3 لينك SCO با يك، دو يا سه پيرو را پشتيبانی كنند.

- شكاف‌هايی كه برای لينك‌های SCO ذخيره نشده‌اند می‌توانند برای لينك‌های ACL مورد استفاده قرار گيرند.

- يك دستگاه اصلی و پيرو می‌توانند يك لينك ACL منفرد داشته باشند.

- ACL هم به صورت point-to-point (دستگاه اصلی به يك پيرو) و هم به صورت ارسال به تمامی پيروها عمل می‌كند.

- پيروهای ACL تنها در صورتيكه دستگاه اصلی درخواست كند، می‌توانند سيگنال ارسال كنند.