پشتیبانی: 09131253620
ارتباط با ما
تلگرام: 09131253620

برجسته ترین ها
گروه های مقاله ها
HyperLink


بررسی تکنولوژی بلوتوث bluetooth بخش اول تاریخ درج: ١٣٩۴/٠٣/٢٩

 در دهه های گذشته ، پيشرفت فناوری ميکروالکترونيک و VLSI باعث گسترش استفاده همگانی از تجهيزات مخابراتی و محاسباتی در کاربردهای تجاری شده است. موفقيت محصولاتی از جمله کامپيوترهای شخصی و کيفی ، تلفن های بی سيم و سلولی ( سيار ) ، و تجهيزات جانبی آنها همواره کار دست و پاگيری بوده است که عمدتا با اتکا به کابلهای رابط خاص انجام می شده است. 

اخيرا يک واسط راديويی ( بی سيم ) همگانی برای ايجاد ارتباط بی سيم برد کوتاه طراحی شده است . اين فناوری که Bluetooth   ناميده شده است ، نياز به استفاده از سيم و کابل و ارتباط دهنده های لازم برای برقراری ارتباط بين تلفن های بی سيم يا سلولی ، مودم ها ، کامپيوترها ، چاپگرها و ... فناوری ما را قادر به طراحی سيستمهای راديويی کم توان ، کوچک و ارزان می کند و با توجه به اين مزايا ، اين سيستم ها را می توان به راحتی در تجهيزات قابل حمل موجود کار گذاشت . بدين ترتيب سيستم های رادايويی تعبيه شده باعث ايجاد ارتباطی همگانی و فراگير می شود که اين فناوری امکان تحقق ارتباط فوق را بدون هيچ گونه دخالت آشکار کاربر فراهم می کند. 
مشخصه کليدی آن پايداری ، پيچيدگی کم ، توان کم و هزينه کم است. با اين که اين تکنولوژی برای کار در محيط نويزی فرکانسی طراحی شده است. و از تاييدهای سريع و مدل پرش فرکانسی بهره می برد تا ارتباط را پايداری بخشد . عناصر بلوتوس در باند بی جواز 2.4GHz کار می کند و با کمک پرش فرکانسی پس از مبادله بسته ها از تداخل جلوگيری می کند. در قياس با باقی سيستم های مشابه در چنين فرکانسی ، بلوتوس سريعتر پرش می کند و از بسته های کوچکتر بهره می برد . 

تاريخچه Bluetooth   

در سال 1994 مطالعاتی در شرکت اريکسون برای برقراری ارتباط راديويی کم توان و ارزان بين تلفن های سيار و تجهيزات جانبی آنها آغاز شد شرايط مورد نظر برای قيمت ، ظرفيت و اندازه اين سيستم چنان تعيين شد که اين تکنيک از تمام راه حلهای مبتنی بر استفاده از کابل بين دستگاههای سيار پيشی گيرد. برای اين کار ، ابتدا بايد يک واسط راديويی مناسب و يک بازه فرکانسی متناظر تعيين شود . همچنين واحد راديويی بايد به اندازه ای کوچک و کم مصرف باشد که بتوان آن را در دستگاههای قابل حمل کار گذاشت . بايد بتوان توسط اين فناوری هم صورت و هم داده را منتقل کرد، و بالاخره اين فناوری بايد در تمام دنيا قابل استفاده باشد. 
تحقيقات به زودی نشان داد که يک راه حل مبتنی بر ارتباط راديويی کوتاه برد برای اين منظور مناسب است . هنگامی که طراحان اريکسون شروع به کار روی تراشه فرستنده/ گیرنده کردند ، به زودی مشخص شد که اين کار نيازمند همکاری ساير شرکتها برای پيشبرد اين فناوری است. اين تلاش مشترک نه تنها برای بهبود کيفيت و توانایيهای محصولات ارائه شده ، بلکه برای ايجاد يک پايگاه يکپارچه و وسيع پشتيبانی کننده بازار در زمينه های سخت افزار کامپيوتر شخصی، کامپيوترهای قابل حمل، و تلفن های سيار نيز انجام شده است.
اريکسون، اينتل ، آی بی ام، توشيبا و نوکيا ، در سال 1998 يک گروه ويژه SIG            interest group ) ( special تشکيل دادند . نگاهی به تخصص های اعضای اين گروه به خوبی نشان دهنده تنوع دست اندر کاران لازم برای پشتيبانی خوب از اين فناوری جديد است.
گروه SIG که در ابتدا 5 عضو داشت، در حال حاضر بيش از 2100 عضو دارد که بر روی يک استاندارد باز برای Bluetooth  کار می کنند . SIG همچنين روی يک فرآيند تضمين کيفيت کار کرده است که شرایط لازم برای تضمين کيفيت محصول مطابق ويژگیهای Bluetooth   را تعيين می کند. 
 نام Bluetooth  
در آغاز بکار، اريکسون نام رمز پروژه خود را Bluetooth   قرار داد. اين نام از يکی از پادشاهان وایکینگها در قرن دهم میلادی گرفته شده است. Harald Batland  پادشاه دانمارک در سالهای بین 940 تا 985 میلادی بوده است. گرفته می شود که وی در مدت حکومت خود کشورهای اسکاندیناوی از جمله دانمارک و نروژ را متحد نمود . همچنین از او بعنوان فرمانروایی یاد می شود که مسیحیت را به شبه جزیره اسکاندیناوی وارد نمود. ترجمه ضعیفی از Batland  در زبان انگلیسی، Bluetooth   یا " دندان آبی " می باشد. هر چند منشا این نامگذاری مشخص نیست، اما گفته می شود که این نامگذاری بدلیل رنگ تیره چهره وی بوده که در میان وایکینگها معمول نبوده است. از آنجائیکه سرآغاز این استاندارد در اسکاندیناوی بوده و ایجاد کنندگان آن بر این باور بوده اند که این تکنولوژی بسوی یکسان نمودن و هماهنگی تمامی ارتباطات رادیویی برد کوتاه پیش می رود، نمی توان نامگذاری Bluetooth  را بر روی آن توسط متخصصان  Ericsson کاملا بی دلیل تلقی نمود.

علت Bluetooth   

همانگونه که قبلا نیز اشاره گردید ، هدف Bluetooth   حذف سیمهای ارتباطی انتقال داده و صوت در مسافتهای کوتاه ( تا یکصد متر ) می باشد . با استفاده از این تکنولوژی ، دستگاههایی نظیر تلفنهای همراه، کامپیوترهای قابل حمل، دوربینهای دیجیتال ، PDAها  ، دستگاههای فاکس ، چاپگرها و ... می توانند در هر لحظه بدون نیاز به اتصال از طریق کابل، به برقراری ارتباط پرداخته و از سرویسهای یکدیگر استفاده نمایند. کامپیوترهای قابل حمل می توانند از طریق ایجاد یک شبکه آنی  به انتقال اطلاعات بپردازند یا از طریق یک تلفن همراه به اینترنت متصلل گردند . دستگاههایی نظیر چاپگرها ، ماشینهای فاکس و حتی خطوط تلفن عادی ، بدون احتیاج به کابلهای ارتباطی می توانند بعنوان منابع مشترک از این طریق در دسترس استفاده کنندگانی که در یک محیط کاری نظیر یک شرکت مشغول به فعالیت هستند، قرار گیرند.
در حالت کلی ، برای یک چنین ارتباطی نمی توان هیچگونه محدودیتی قائل گردید و از نظر تئوری انواع مختلف کاربردهای آن نامحدود است. تمامی تلاش SIG بر یان بوده که آن را بعنوان یک لایه فیزیکی مجزا برای ارتباطات بین دستگاهها بکار گیرد و برای استفاده پروتکلهایی نظیر TCP/IP که امروزه کاربردهای بسیاری دارد تطبیق دهد، بنحوی که نیازی به بازنویسی برنامه های کاربردی که از پروتکلهای دیگری برای برقراری ارتباط استفاده می کنند وجود نداشته باشد. در این حالت، Bluetooth  تبدیل به یک واسط ارتباطی می گردد که برنامه ها بجای کابل، از آن برای انتقال اطلاعات خود استفاده می کنند. به همین منظور لایه های تطبیقی مختلفی در ساختار پروتکلی Bluetooth  گنجانده شده که در بخشهای بعد مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
به منظور استفاده عمومی و مقبولیت همگانی Bluetooth  در تمامی دستگاههایی که نیاز به ارتباطات رادیویی برد کوتاه دارند، تمامی سخت افزار سیستم که شامل یک فرستنده – گیرنده رادیویی نیز می گردد ، بصورت یک تک تراشه  به بازار عرضه شده است که ابعادی بسیار کوچک داشته و برای استفاده در هر وسیله ای کاملا مناسب می باشد. شرکتهای تولید کننده به منظور تشویق استفاده هر چه بیشتر از این تراشه سیاستهای خود را بر پایه هر چه ارزانتر ساختن آنها قرار داده اند، تا جائیکه قیمت چنین تک تراشه ای تا پنج دلار کاهش یابد.
با توجه به پشتیبانی بسیار قوی از جانب شرکتهای پیشرو در SIG از سویی و از سوی دیگر استقبال از این تکنولوژی در دنیا، به نظر می رسد طی چند سال آینده Bluetooth  خود را کاملا جایگزین استانداردهای ارتباطی فعلی خواهد نمود و از آنجائیکه یک استاندارد باز  می باشد محدودیتی برای توصعه کاربردهای خود نخواهد داشت . 

فن آوری های رقیب : 

رقیب اصلی Bluetooth  در بازار جایگزینی کابلهای رابط IrDA است. این فناوری یک واسط مادون قرمز است که ارتباط بی سیم بین دستگاهها را بر قرار می کند . این تکنیک در بازار مصرف کاملا شناخته شده است اما تمام محصولات موجود در بازار از یک پیاده سازی استاندارد پیروی نمی کنند . حداکثر نرخ اطلاعات قابل تبادل در این فناوری بیشتر از Bluetooth  می باشد اما دو ضعف عمده آن محدود بودنش به ارتباط نقطه به نقطه ( بین تنها دو دستگاه ) و نیاز آن به ارتباط دید مستقیم است.
مهم ترین رقیب Bluetooth  در بازار شبکه های محلی بی سیم، فناوری مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11 است. برخی از فناوری ها از روش های پرش فرکانسی نیز استفاده می کنند. تفاوت اصلی بین Bluetooth  و این فناوری ها عبارتند از : 
1-این فناوری ها ظرفیت ارسال اطلاعات بیشتری دارند.
2-تعداد کاربران همزمان در آنها بیشتر است. 
3-سخت افزار مورد نیاز در Bluetooth  به مراتب کوچک تر است.
4-قیمت واحدهای Bluetooth  به مراتب کمتر است.تعداد پرش های فرکانسی ( در واحد  زمان ) به مراتب بیشتر است. 

UWB یک فناوری رادیویی جدید است که ایده مورد استفاده در این فناوری شبیه به رادار است، پالس های کوتاه در محدوده فرکانسی وسیعی ارسال می شوند و اطلاعات در زمان و فرکانس پالس ها نهفته است. این تکنیک هنوز کاملا توسعه نیافته است ولی ممکن است خطری برای سیستم Bluetooth  باشد، چون مصرف توان و ظرفیت ارسال آن بسیار خوب می باشد. نمونه های اولیه این فناوری دارای ظرفیت ارسال تا 1.25 Mb/s با برد 70 متر و مصرف تنها 0.5mW توان هستند. 
فناوری دیگر home RF نام دارد که از ایده DECT گرفته شده است و همانند Bluetooth  در باند فرکانسی 2.4GHz کار می کند و به عنوان روشی برای بازار لوازم خانگی طراحی گردیده است. شباهت زیادی بین این دو فناوری وجود دارد، مانند هزینه هر واحد ، برد ، توان ارسالی ، و ... . تفاوت اصلی این دو فناوری در این است که در home RF امکان برقراری ارتباط بین 127 واحد در هر شبکه وجود دارد و تعداد پرش فرکانسی در هر ثانیه 50 بار است که این اعداد برای Bluetooth  به ترتیب 8 و 1600 می باشد . 
- ساختار سیستم رادیویی Bluetooth  : 
انتخاب طیف رادیویی در ابتدا با فرض عدم نیاز به وجود اپراتور برای عملکرد سیستم تعیین می شود . بر این مبنا طیف انتخابی باید بدون نیاز به گرفتن مجوز توسط عموم قابل استفاده باشد. و خوشبختانه یک باند فرکانسی بدون مجوز در سطح جهانی وجود دارد به نام باند ISM حول فرکانس 2.45GHz .
قوانینی و مقررات موجود در خصوص نحوه استفاده از این پهنای باند اگر چه در نقاط مختلف دنیا تفاوت هایی دارد اما هدف تمامی آنها قادر ساختن هر کاربر به دسترسی عادلانه به باند فرکانسی است . این قوانین به طور کلی نحوه پخش شدن انرژی سیگنال در باند و حداکثر توان قابل ارسال را تعیین می کنند. برای عمل کردن سیستم در بعد جهانی نیازمند تکنیکی هستیم که بتواند همزمان تمام قوانین و مقررات را تامین کند. بنابراین هدف طراحی سیستم یبر اساس حداقل نیازها است. 
از آنجا که استفاده از باند فرکانسی توسط هر فرستنده رادیویی ، تا زمانی که از مقررات تخطی نکند آزاد است، ایمنی سیستم در مقابل تداخل مساله ای مهم می باشد. دامنه این تداخل در باند ISM قابل پیش بینی نیست. فرستنده های رادیویی در این باند ، توانی از حدود 10mW تا 1W دارند . علاوه بر تداخل از منابع خارجی ، تداخل از طرف سایر کاربران Bluetooth  نیز باید در نظر گرفت. 
ایمنی در مقابل تداخل را می توان به دو روش کم کردن تداخل و یا پرهیز از تداخل به دست آورد . برای کم کردن تداخل می توان از سیستم های کد کردن مورد استفاده در CDMA سود جست، اما محدوده دینامیکی سیگنال های تداخل کننده و سیگنالهای مورد نظر در یک محیط ارتباطی موردی بدون هماهنگی ممکن است بسیار زیاد باشد . با در نظر گرفتن فواصل دور یا نزدیک و تفاوت توان سیگنال های فرستنده های نا هماهنگ ، اختلاف سطح توان بیش از 50dB نیز ممکن است. از آنجا که نرخ ارسال اطلاعات کاربر در این سیستم در حدود حداکثر 1Mb/s پیش بینی شده است، امکان به دست آوردن کارایی مناسب در حذف تداخل با استفاده از روش های کد کردن معمول ممکن نیست . در عوض ، پرهیز از تداخل روش جذاب تری است زیرا در این روش می توان سیگنال مورد نظر را در نقاطی از فرکانس یا زمان که تداخل کمتر است یا وجود ندارد ارسال نمود. 
bluetooth
پرهیز از تداخل در حوزه زمان در صورتی که سیگنال ارسالی قابل قطع کردن باشد و تداخل در زمان محدودی ( به صورت پالسی ) باشد، امکان پذیر است. اما پرهیز از تداخل در حوزه فرکانس عملی تر است. از آنجا که باند فرکانسی ISM در حدود 80MHz پهنای باند قابل استفاده برای کاربر در اختیار می گذارد و اکثر سیستم های رادیویی پهنای باند محدودی دارند، به احتمال زیاد بخشی از طیف را می توان یافت که در آن تداخل غالب نباشد . فیلتر کردن در حوزه فرکانس نیز تداخل ناشی از منابع در سایر بخش های باند را کاهش می دهد. 
سزا و کار استفاده از کانال در Bluetooth  بر اساس Hope Ferquency – CDMA بنا شده است. در باند ISM مجموعا 79 فرکانس حامل ( که به آنها فرکانس پرش می گویند) با فواصل 1MHz تعریف شده اند . کانال ارتباطی در Bluetooth  یک کانال با پرش فرکانسی ( FH ) با زمان توقف ( dwell time ) نامی   در هر فرکانس است. برای استفاده از کانال ارتباطی ، تعدادی زیاد پرش فرکانس شبه تصادفی تعریف شده است که فرکانس حاصل مورد استفاده در ارسال اطلاعهات طبق این دنباله تغییر می کند ( به این ترتیب حتی اگر در فرکانسی تداخل غالب شود بخش ناچیزی از اطلاعات صدمه خواهد دید ) . دنباله هایی که در یک ارتباط خاص مورد استفاده قرار می گیرد توسط واحدی که کانال با پرش فرکانس را کنترل می کند ( و به آن فرمانده گفته می شود Master ) انتخاب می شود . سایر شرکت کنندگان در کانال ارتباطی ( که فرمانبر نامیده می شوند Slave ) توسط کدشناسایی فرمانده ، نظیر همان دنباله را انتخاب می کنند و با تنظیم سیگنال ساعت خود، پرش فرکانسی گیرنده خود را با واحد فرمانده همزمان می کنند. در حوزه زمان کانال به تعدادی بازه تقسیم می شود که طول هر یک   است. برای سادگی پیاده سازی، بازه های زمانی به تناوب برای ارسال و دریافت اطلاعات مورد استفاده قرار می گیرد. جدا کردن بازه های زمانی ارسال و دریافت به نحود موثری از بروز پدیده همشنوی crosstalk بین عملیات ارسال و دریافت جلوگیری می کند و راهکاری اساسی برای تحقق فرستنده و گیرنده روی تراشه است. همچنین چون بازه های زمانی ارسال و دریافت اطلاعات متفاوت است، فرکانس حامل ارسال و دریافت اطلاعات نیز متفاوت است. در شکل 3 کانال با پرش فرکانسی و بازه های زمانی مورد استفاده در Bluetooth  نشان داده شده است. توجه کنید که در حالت وجود چند خطا ارتباطی موردی از کانال های با پرش فرکانسی متفاوت استفاده می شود، که ممکن است بازه های زمانی آنها بر هم منطبق نباشد. 

ساختار پروتکلی Bluetooth   

به منظور استفاده از سیستم رادیویی Bluetooth  برای برقراری ارتباط و انتقال داده ها ، SIG لایه های مختلفی را که رهیک وظایف مشخصی دارند تدوین نموده که بوسیله آن کاربردهای مختلف این تکنولوژی را ممکن می سازد. این لایه ها که ساختار پروتکلی یا پشته پروتکلی Bluetooth  نامیده می شود، شامل سه دسته عمده پروتکلها است.
  1. - پروتکلیهای انتقال  
  2. - پروتکلهای میانی  
  3. - برنامه کاربردی  
پروتکلهای انتقال، دسته زیرین پروتکلها در این ساختار هستند که به واحدهای Bluetooth  اجازه می دهند یکدیگر را یافته و با یکدیگر به ایجاد ارتباط بپردازند. این گروه یک مسیر انتقال اطلاعات رابرای لایه های بالاتر فراهم می آورند و مدیریت و پیکر بندی ارتباطات را ممکن می سازند. این لایه ها مشخصا عبارتند از : درایو، Baseband ، LMP  و  L2CAP .
پروتکلهای میانی به دو دسته تقسیم می شوند. دسته اول پروتکلهای هستند که در حال حاضر توسط برنامه های موجود مورد استفاده قرار می گیرند. این پروتکلها هیچگونه وابستگی خاصی به تکنولوژی Bluetooth  ندارند و تنها از آن بعنوان وسیله ای برای برقراری ارتباط متقابل بهره می گیرند. از جمله آنها می توان به PPP، IP، TCP، WAP  ،  OBEX اشاره نمود. این پروتکلها در صورت نیاز باید برای استفاده از Bluetooth  تطبیق گردند.
پروتکلهای بلوتوث
دسته دوم پروتکلهای میانی ، آنهایی هستند که توسط SIG ویژه Bluetooth  طراحی شده اند. این پروتکلها که مشخصا سه پروتکل می باشند عبارتند از : ارتباطات فرکانس رادیویی RFCOMM  که مشخصا یک درگاه سریال را بوسیله Bluetooth  شبیه سازی می کند، TCS-BIN   که یک پروتکل پیشرفته کنترل تلفن است که عملیاتی نظیر مدیریت گروه و کنترل تماس را انجام داده و پشتیبانی لازم برای ارتباط بین گوشیهای بی سیم و نقاط دسترسی ثابت آنها را فراهم یم آورد، و در نهایت یک پروتک اکتشاف سرویس و سرویس یابی بنام SDP  که به دستگاههای Bluetooth  امکان می دهد از سرویسهای قابل ارائه توسط یکدیگر مطلغ گشته و اطلاعات لازم برای نحوه استفاده از یان سرویسها را بدست آورند. برنامه های کاربردی که در بالاترین لایه ساختار پروتکلی قرار گرفته اند، می توانند برنامه هایی باشند که بدون اطلاع از نحوه برقراری ارتباط به انجام وظایف خود بپردازند، مانند یک شماره گیر تلفن یا یک برنامه جستجوی اینترنت، یا برنامه هایی که از برقراری ارتباط توسط Bluetooth  آگاهی دارند و از طریقی برخی امکانات ویژه آن به انجام وظایف مربوط به خود می پردازند. 

تگها: bluetooth   TCP IP   بلوتوث   بولوتوث   پروتکلهای bluetooth   پروتکلهای بلوتوث   شبکه   
 

HyperLink

ارسال نظر در مورد این مطلب
نام :  
آدرس ایمیل :  
متن پیام :  
کد امنیتی :  
   
   
نظری برای نمایش وجود ندارد
 
این مطلب را به اشتراک بگذارید: