Bluetooth و كاركرد آن
آشنایی با Bluetooth و كاركرد آنبلوتوث academist.ir Bluetooth
راه‌های مختلفی برای اتصال دستگاه‌های الكترونیكی به یكدیگر وجود دارد. به عنوان مثال:
- بسیاری از كامپیوترهای دسك‌تاپ دارای یك واحد پردازش مركزی می‌باشند كه به یك ماوس، صفحه كلید، چاپگر و غیره متصل میشود.
- Personal Digital Assistant) PDA) به طور معمول با استفاده از یك كابل و یك پایه (Cradle) به كامپیوتر متصل میشود.
- تلویزیون به طور معمول با استفاده از یك دستگاه كنترل از راه دور با VCR و جعبه كابل مرتبط میشود.
- تلفن بی سیم با استفاده از امواج رادیویی به پایه خود متصل میشود و احتمالا هدفونی دارد كه با یك سیستم به تلفن متصل میشود.
- در یك سیستم استریو، پخش‌كننده سی‌دی ودیگر دستگاه‌های صوتی به گیرنده‌ای متصل می‌شوند كه خود به بلندگوها وصل است.
هنگامی كه از كامپیوترها، سیستمهای سرگرمی و تلفن استفاده می‌كنید بخش‌های مختلف این سیستم‌ها مجموعه‌ای از دستگاه‌های الكترونیكی را تشكیل می‌دهند. این دستگاه‌ها با استفاده از سیم، كابل، امواج رادیویی، اشعه مادون قرمز و حتی انواع مختلف كانكتورها، اتصالات و پروتكل‌ها، با یكدیگر ارتباط برقرار می‌كنند. هنر اتصال دادن دستگاه‌های الكترونیكی هر روز پیچیده‌تر میشود. گاهی اوقات احساس می‌كنیم برای نصب و راه‌اندازی این دستگاه‌ها در خانه خود، باید مدرك دكترا در مهندسی الكترونیك داشته باشیم. اما در اینجا به روش كاملا متفاوتی برای ایجاد اتصالات اشاره می‌كنیم كه Bluetooth نام دارد. Bluetooth بی‌سیم و اتوماتیك بوده و ویژگی‌هایی جالبی دارد كه زندگی روزانه ما را در ارتباط با نصب دستگاه‌ها آسان می‌سازد.
مشكلات
وقتی قرار است دو دستگاه با یكدیگر ارتباط برقرار كنند ابتدا باید درباره تعدادی از نكات توافق داشته باشند. اولین نكته جنبه فیزیكی 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، یك سیم، دو سیم، هشت سیم یا ۲۵ سیم؟ بعد از تعیین نوع فیزیكی ارتباط مسائل دیگری مطرح می‌شوند:
- اطلاعات می‌توانند به صورت یك بیت در هر بار ارسال شوند كه به این حالت ارتباط سریال گفته میشود. اگر اطلاعات به صورت گروهی از بیت‌ها (معمولا ۸ یا ۱۶ بیت در هر بار) ارسال شوند به آن ارتباط پارالل گفته میشود. یك كامپیوتر دسك تاپ از هر نوع ارتباط برای اتصال به دستگاه‌های مختلف استفاده می‌كند به عنوان مثال مودم‌ها ، ماوس‌ها و صفحه كلیدها از طریق ارتباط سریال و چاپگرها از طریق ارتباط پارالل به كامپیوتر متصل می‌شوند.
- دستگاه‌های متصل شده به هم باید منظور و معنی بیت‌های ارسالی را دریافته و بدانند كه آیا پیغامی كه آنها دریافت كرده‌اند همان پیغامی است كه ارسال شده. در اكثر موارد این موضوع به معنای توسعه یك زبان دستور و پاسخ است كه پروتكل نامیده میشود. تعدادی از محصولات دارای پروتكل استانداردی می‌باشند كه تمامی شركت‌ها از آن استفاده می‌كنند تا دستورات مربوط به یك محصول در مورد محصول دیگر در مجموعه متصل شده نیز صدق كند. مودم‌ها از جمله ابزارهایی هستند كه در این مقوله قرارمی‌گیرند. دیگر انواع محصولات هر كدام به زبان خاص خود ارتباط برقرار می‌نمایند. این به آن معناست كه دستورات در نظر گرفته شده برای یك 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.
شركت‌های تولید كننده كامپیوتر، سیستمهای سرگرمی و دیگر وسایل الكترونیكی دریافته‌اند كه تعداد بیشمار كابل‌ها و كانكتورهای محصولاتشان، نصب صحیح یك سیستم كامل را برای بار اول حتی برای متخصصان مشكل می‌سازد. راه‌اندازی كامپیوترها و سیستمهای خانگی روز به روز پیچیده‌تر شده و شخص خریدار باید تمامی جزییات مربوط به اتصال كلیه قسمت‌ها را یاد گرفته و به خاطر بسپارد. بنابراین برای رفع این مشكلات به روش بهتری برای ایجاد ارتباط بین دستگاه‌ها نیاز داریم. در اینجاست كه Bluetooth معرفی میشود.بلوتوث academist.ir Bluetooth
Bluetooth چیست؟
Bluetooth استانداردی است كه توسط گروهی از تولید كنندگان عرضه شده و به انواع دستگاه‌ها - از كامپیوترها و تلفن‌های سلولی تا صفحه كلیدها و هدفون‌ها- امكان می‌دهد تا با ارتباطات خاص خود با دستگاه دیگر ارتباط برقرار نمایند (البته بدون سیم، كابل یا هر گونه عملكرد از طرف كاربر). Bluetooth در دو سطح كار می‌كند:
- این استاندارد توافق در سطح فیزیكی را فراهم می‌سازد- Bluetooth یك استاندارد فركانس رادیویی است.
- Bluetooth توافق در سطح بالاتر را نیز فراهم می‌سازد بدین معنی كه محصولات باید نسبت به زمان ارسال بیت‌ها، تعداد بیت‌های ارسالی در هر بار و چگونگی حصول اطمینان از اینكه پیغام‌های دریافت شده همان پیغام‌های ارسال شده هستند، با یكدیگر توافق داشته باشند.
شركت‌های متعلق به گروه Bluetooth Special Interest، كه تعداد آنها بالغ بر ۱۰۰۰ شركت است، تمایل دارند كه ارتباطات رادیویی Bluetooth در اتصال تجهیزات جانبی، تلفن‌ها و كامپیوترها جایگزین سیم شود.
دیگر اتصالات بی‌سیم
در حال حاضر دو راه برای كنار گذاشتن سیم‌ها وجود دارد. اولین روش انتقال اطلاعات از طریق اشعه‌های نوری در طیف مادون قرمز می‌باشد. مادون قرمز یعنی امواج نوری با فركانسی پایین‌تر از فركانسی كه چشمان انسان می‌تواند دریافت و تعبیر كند. مادون قرمز در اكثر دستگاه‌های كنترل از راه دور تلویزیون‌ها استفاده میشود و در ضمن به همراه استانداردی به عنوان IrDA یا Infrared Data Association برای اتصال كامپیوترها به تجهیزات جانبی به كار گرفته میشود.بلوتوث academist.ir Bluetooth
مادون قرمز برای اكثر سیستمهای خانگی و كامپیوتر، در حالت دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرد. ارتباطات مادون قرمز نسبتا قابل اعتماد بوده و هزینه بالایی ندارد. اما دو نقطه ضعف در اینگونه اتصالات دیده می شود: اولین نقطه ضعف این است كه مادون قرمز یك تكنولوژی "line of sight" است. به عنوان مثال برای اینكه دستگاه ریموت كار كند. باید آن را به طرف تلویزیون یا پخش كننده DVD بگیریم. دومین نقطه ضعف این است كه مادون قرمز تقریبا همیشه یك تكنولوژی " یك به یك" (one-to-one) است. شما می‌توانید دیتا را بین كامپیوتر دسك‌تاپ و لپ‌تاپ خود انتقال دهید اما نمی‌توانید همزمان با آن انتقال بین لپ‌تاپ و PDA را نیز داشته باشید.
البته این دو ویژگی مادون قرمز از بعضی جهات مزیت محسوب می‌شوند. از آنجاییكه فرستنده‌ها و گیرنده‌های مادون قرمز باید در یك خط قرار گیرند، تداخلی بین دستگاه‌ها پیش نمی‌آید. ویژگی "یك به یك" بودن مادون قرمز نیز این مزیت را دارد كه می‌توانید مطمئن باشید پیغام تنها به دستگاه گیرنده مورد نظر خواهد رسید - حتی اگر این دستگاه گیرنده در اتاقی مملو از دستگاه‌های گیرنده دیگر باشد.
دومین جایگزین سیم، همگام سازی كابل، نسبت به مادون قرمز مشكلات بیشتری را ایجاد می‌كند. اگر Palm Pilot، دستگاه ویندوز CE یا Pocket PC داشته باشید به طور حتم دوباره همگام‌سازی اطلاعات دارید. در همگام سازی ازپس از اتصال PDA به كامپیوتر (معمولا با استفاده از كابل) دگمه‌ای را فشار داده و مطمئن خواهید شد كه دیتا در PDA و دیتای كامپیوتر با یكدیگر هماهنگ هستند. این تكنیكی است كه PDA را برای بسیاری از كاربران ارزشمند می‌سازد، اما همگام‌سازی PDA، با كامپیوتر و حصول اطمینان از اینكه از كابل یا پایه مناسب برای اتصال این دو دستگاه برخوردارید می‌تواند یك مشكل واقعی محسوب شود.
راهكار Bluetooth
Bluetooth به منظور رفع مشكلات حاصل از دو تكنولوژی مادون قرمز و همگام سازی كابل عرضه شده است. تولید كنندگان سخت‌افزار همچون شركت‌های زیمنس، اینتل، توشیبا، موتورولا و اریكسون مشخصه‌ای را برای یك ماجول رادیویی خیلی كوچك طراحی كرده‌اند تا درون كامپیوتر، تلفن و تجهیزات سرگرمی قرار گیرد. از دیدگاه كاربر Bluetooth دارای سه قابلیت مهم است:بلوتوث academist.ir Bluetooth
- 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 كار خود را طراحی نمایید.
- Bluetooth ارزان است.
- با استفاده از Bluetooth ناچار نخواهید شده فكر خود را بیش از اندازه درگیر نمایید زیرا به تخصص خاصی در رابطه با اتصالات نیاز نخواهید داشت. دستگاه‌ها یكدیگر را یافته و بدون دخالت كاربر ارتباط لازم را برقرار می‌نمایند.
فركانس Bluetooth
Bluetooth بر روی فركانس ۲.۴۵ گیگاهرتز ارتباط برقرار می‌سازد كه با توافق بین‌المللی برای استفاده از دستگاه‌های ISM یا صنعتی، علمی و پزشكی) در نظر گرفته شده است.
تعدادی‌از دستگاههایی كه در حال حاضر استفاده می‌كنید از همین باند فركانس رادیویی بهره می‌برند. دستگاه‌های كنترل نوزادان، دستگاه‌های باز كننده درب پاركینگ و جدیدترین نسل تلفن‌های بی‌سیم از فركانس‌های باند ISM بهره می‌برند. حصول اطمینان از اینكه Bluetooth و این دستگاه‌ها با یكدیگر تداخل پیدا نمی كنند، بخش مهمی از فرآیند طراحی بوده است
اجتناب از تداخل: سیگنال‌های ضعیف
یكی از روش‌هایی كه سبب میشود دستگاه‌های Bluetooth با دیگر سیستم‌ها تداخل پیدا نكنند، ارسال سیگنال ضعیف به میزان یك میلی‌وات می‌باشد. در مقایسه، قویترین تلفن‌های سلولی می‌توانند سیگنالی به میزان سه وات را مخابره كنند. سیگنال ضعیف، برد دستگاه مجهز به تكنولوژی Bluetooth را به حدود ۱۰ متر محدود می‌سازد و امكان تداخل بین كامپیوتر و تلفن یا تلویزیون را كاهش می‌دهد. بدین ترتیب حتی دیوارهای خانه نیز نمی‌توانند مانعی برای سیگنال Bluetooth باشند. در نتیجه این استاندارد برای كنترل چند دستگاه در قسمت‌های مختلف خانه مفید واقع میشود.
ممكن است تصور كنید وجود دستگاه‌های متفاوت مجهز به Bluetooth در یك اتاق موجب تداخل آنها میشود اما اینطور نیست، دلیل آن را برایتان توضیح خواهیم داد.
عدم تداخل با استفاده از تكنیك Hopping
بعید به نظر می‌رسد كه چند دستگاه در یك زمان بر روی یك فركانس باشند، زیرا Bluetooth از تكنیكی به نام Spread-Spectrum Frequency Hopping استفاده می‌كند. در این تكنیك، یك دستگاه می‌تواند با تغییر از یك فركانس به فركانس دیگر، ۷۹ فركانس درون برد تعیین شده را مورد استفاده قرار دهد. در مورد Bluetooth فرستنده‌ها فركانس‌ها را ۱۶۰۰ بار در ثانیه تغییر می‌دهند به این معنی كه اكثر دستگاه‌ها می‌توانند بهره كامل را از یك بخش محدود از طیف رادیویی ببرند. از آنجاییكه هر فرستنده Bluetooth به طور اتوماتیك از ارسال طیف گسترده استفاده می‌كند احتمال اینكه دو فرستنده در یك زمان بر روی یك فركانس قرار گیرند وجود ندارند. این تكنیك خطر تداخل تلفن‌های موبایل یا دستگاه‌های كنترل نوزاد با دستگاه‌های Bluetooth را به حداقل می‌رساند، زیرا هر تداخل روی یك فركانس خاص تنها در بخش بسیار كوچكی از ثانیه طول خواهد كشید.
وقتی دستگاه‌های مجهز به تكنولوژی Bluetooth در برد یكدیگر قرار میگیرند یك ارتباط الكترونیكی برقرار میشود تا مشخص شود كه آیا آنها اطلاعاتی را به اشتراك می‌گذارند یا اینكه یكی از آنها باید دیگری را كنترل كند. نیازی نیست تا كاربر دگمه‌ای را فشارد دهد یا دستوری را وارد نماید زیرا این ارتباط الكترونیكی به طور اتوماتیك برقرار میشود. زمانیكه ارتباط برقرار شد، دستگاه‌ها -از هر نوع- شبكه‌ای را تشكیل می‌دهند. سیستمهای Bluetooth یك شبكه (Personal-area network)اpiconet را تشكیل می‌دهند كه ممكن است تمام فضای اتاق را پر كند یا اینكه فاصله كمی را پوشش دهد. زمانیكه شبكه Piconet برقرار شد دستگاه‌های عضو شبكه فركانس‌ها را تغییر می‌دهند تا با یكدیگر در تماس باشند و در ضمن از شبكه‌های Piconet دیگر كه احتمالا در همان اتاق برقرار شده‌اند، اجتناب ورزند.
شبكه‌ها
حال ببینیم چگونه Bluetooth Frequency hopping و Personal -area network از آشفتگی سیستم‌ها جلوگیری می‌كنند. فرض كنید سیستم سرگرمی خانگی شما شامل استریو، دستگاه پخش DVD، گیرنده ماهواره‌ای و یك تلویزیون می‌باشد. در ضمن یك تلفن بی‌سیم و كامپیوتر شخصی نیز در این اتاق وجود دارد. هر كدام از این سیستم‌ها مجهز به Bluetooth بوده و برای ارتباط بین واحد اصلی و تجهیزات جانبی شبكه Piconet خود را دارا می‌باشند
تلفن بی‌سیم دارای یك فرستنده Bluetooth در پایه و یك فرستنده Bluetooth دیگر در گوشی می‌باشد. تولید كننده برای هر واحد یك آدرس در نظر گرفته و این آدرس در محدوده آدرس‌هایی است كه برای یك نوع دستگاه خاص تنظیم شده است. وقتی ابتدا پایه تلفن روشن میشود سیگنال‌های رادیویی را ارسال می‌كند كه در جستجوی پاسخ از طرف هر واحدی است كه در این محدوده خاص دارای آدرس می‌باشد. از آنجاییكه گوشی نیز یك آدرس در این محدوده دارد، پاسخ می‌دهد و در نتیجه یك شبكه بسیار كوچك شكل می‌گیرد. حال حتی اگر یكی از این دستگاه‌ها باید سیگنال‌هایی از سیستم دیگر دریافت كند، نادیده گرفته میشود زیرا این دستگاه درون شبكه قرار ندارد. كامپیوتر و سیستم سرگرمی خانگی نیز با برقراری شبكه در میان آدرس‌هایی كه توسط تولید كنندگان در محدوده تعیین شده قرار گرفته‌اند، همین جریان را اجرا می‌كنند. بعد از برقرار شدن شبكه‌ها، ارتباط بین سیستم‌ها آغاز میشود. هر شبكه Piconet بین فركانس‌های موجود در تغییرات، بنابراین تمامی شبكه‌های Piconet كاملا از یكدیگر جدا می‌باشند.
اكنون در این مكان سه شبكه جداگانه ایجاد شده و هر یك از این شبكه‌ها شامل دستگاههایی هستند كه آدرس فرستنده‌هایی كه باید از آن سیگنال بگیرند یا گیرنده‌هایی كه باید به آن سیگنال ارسال كنند را می‌دانند . از آنجاییكه هر شبكه هزاران بار در ثانیه فركانس عملكرد خود را تغییر می‌دهد بعید به نظر می‌رسد كه دو شبكه در یك زمان بر روی یك فركانس قرار گیرند. اگر هم چنین اتفاقی بیفتد، آشفتگی حاصل تنها در بخش اندكی از ثانیه طول می‌كشد و نرم‌افزار طراحی‌شده برای تصحیح چنین خطاهایی مشكل را بر طرف می‌سازد.
Half-Full Duplex
یك شبكه یا روش ارتباطی یا در یك زمان تنها در یك جهت كار می‌كند كه به آن Half Duplex Communication گفته میشود و یا اینكه همزمان دو جهت را تحت پوشش دارد و به Full Duplex Communication معروف است. تلفن Speaker phone كه تنها امكان گوش دادن یا حرف زدن را در یك زمان فراهم می‌سازد (و نه هر دو را با هم)، نمونه‌ای ازHalf Duplex Communication است، در حالیكه گوشی تلفن معمولی Full Duplex می‌باشد. چون Bluetooth طوری طراحی شده كه بتواند در شرایط مختلف كار كند می‌تواند هم half- Duplex و full-Duplex باشد. تلفن بی سیم یك نمونه از دستگاههایی است كه به لینك full-deplex (دو طرفه) نیاز دارد و Bluetooth می‌تواند دیتا را با سرعتی بیش از ۶۴۰۰۰ بیت در ثانیه (كه برای پشتیبانی چندین مكالمه صوتی كفایت می‌كند) با لینك full-Duplex ارسال كند. اگر یك دستگاه خاص به لینك half- Duplex نیاز داشته باشد (به عنوان دو مثال،اتصال به چاپگر)، Bluetooth می‌تواند دیتا را با سرعت ۷۲۱ كیلو بیت در یك جهت و با سرعت ۵۷.۶ كیلو بیت در ثانیه در جهت دیگر ارسال كند. اگر دستگاه به سرعت مشابه در دو جهت نیاز داشته باشد لینكی با ظرفیت ۴۳۲.۶ kbps در هر جهت ایجاد خوهد شد.
مشخصات Bluetooth
در اینجا بعضی از مشخصات Bluetooth را كه در وب سایت آن آمده، آورده‌ایم:
- دستگاه‌های یك شبكه یك كانال ارتباطی مشترك را مورد استفاده قرار می‌دهند. این كانال دارای ظرفیت كل یك مگابیت در ثانیه می‌باشد. هدرها و اطلاعات hand shaking در حدود ۲۰ درصد از این ظرفیت را مصرف می‌كنند.
- در ایالات متحده و اروپا برد فركانس بین ۲۴۰۰ تا ۲۴۸۳.۵ مگاهرتز بوده و ۷۹ كانال فركانس رادیویی (RF) یك مگاهرتز موجود می‌باشد. در عمل این برد بین ۲۴۰۳ تا ۲۴۸۰ مگاهرتز است. در ژاپن برد فركانس ۲۴۷۲ تا ۲۴۹۷ مگاهرتز با ۲۳ كانال RF یك مگاهرتز می‌باشد.
- هر hop كانال داده بطور تصافی در هر ثانیه بین ۷۹ یا ۲۳ كانال RF سوئیچ می‌كند.
- هر كانال به شكاف‌های زمانی به طول ۶۲۵ میكروثانیه تقسیم میشود.
- هر شبكه Piconet دارای یك وسیله اصلی (master) و حداكثر ۷ پیرو (slave) می‌باشد و وسیله اصلی سیگنال‌ها را در شكاف‌های زمانی زوج و پیروها در شكاف‌های زمانی فرد ارسال می‌كنند.
- تعداد Packetها می‌تواند حداكثر تا ۵ شكاف زمانی باشد.
- طول دیتا در یك پیام می‌تواند تا ۲۷۴۵ بیت باشد.
- در حال حاضر دو نوع انتقال دیتا بین دستگاه‌ها وجود دارد. : Synchronous Connection Oriented یا SCO و Asynchronous Connection Less یا ACL .
- در یك Piconet می‌تواند سه لینك SCO كه سرعت هر كدام ۶۴۰۰۰ بیت در ثانیه است، وجود داشته باشد. برای اجتناب از مشكلات مربوط به زمان و تداخل، لینك‌های SCO از شكاف‌های ذخیره شده توسط دستگاه اصلی استفاده می‌كنند.
- دستگاه‌های اصلی می‌توانند تا ۳ لینك SCO با یك، دو یا سه پیرو را پشتیبانی كنند.
- شكاف‌هایی كه برای لینك‌های SCO ذخیره نشده‌اند می‌توانند برای لینك‌های ACL مورد استفاده قرار گیرند.
- یك دستگاه اصلی و پیرو می‌توانند یك لینك ACL منفرد داشته باشند.
- ACL هم به صورت point-to-point (دستگاه اصلی به یك پیرو) و هم به صورت ارسال به تمامی پیروها عمل می‌كند.
- پیروهای ACL تنها در صورتیكه دستگاه اصلی درخواست كند، می‌توانند سیگنال ارسال كنند
