نگاهی به تکنولوژی بلوتوث / وداع با سیم ها

​

امروزه شنیدن اصطلاح بلوتوث(Bluetooth) در مقام یك تكنولوژی جذاب تبدیل به امری عادی شده است. سازندگان تلفن های همراه و لپ تاپ ها، محصولاتی هستند كه بیشترین استفاده از این تكنولوژی را برای فروش بیشتر به كار گرفته اند و بلوتوث در دست آنان یك برگ برنده در مقابل رقیبان محسوب می شود.


بلوتوث یك تكنولوژی بی سیم با برد كوتاه است كه ارتباط بین دستگاه های الكتریكی از قبیل تلفن های همراه، پرینترها و لب تاپ ها را بدون سیم یا كابل برقرار می كند. این تكنولوژی از یكباره كوتاه امواج رادیویی برای ارتباط داخلی بین اجزای یك شبكه كوچك بی سیم استفاده می كند.
مجموعه ای از سیم ها را تصور كنید كه دستگاه های جانبی را به كامپیوتر شخصی و كامپیوتر شخصی را به شبكه وصل می كند و تصور كنید كه تمام این سیم ها و كابل ها نباشند! تصویر دلپذیری است، نه؟ تكنولوژی بلوتوث به عنوان یك لینك رادیویی با برد كوتاه و قیمت ارزان عمل می كند. این سیستم هم برای دستگاه های سیار و هم دستگاه های ثابت، امنیت ایجاد می كند. ماموریت اصلی، ایجاد یك تكنولوژی بی سیم استاندارد است تا جایگزین انبوه كابل ها و سیم هایی شود كه دستگاه های محاسباتی و كامپیوترها را به یكدیگر متصل می كنند.
• دندان آبی
بلوتوث در لغت به معنای «دندان آبی» است. این لغت برگرفته از نام هارالد بلاتاند یكی از پادشاهان دانمارك است كه در سال های ۹۴۰ تا ۹۸۵ پس از میلاد در دانمارك زندگی می كرده است. این پادشاه كه در بین وایكینگ های اسكاندیناوی محبوبیت زیادی داشته است، باعث اتحاد چندین پادشاهی از هم گسیخته شد. بلاتاند به دندان آبی شهرت داشته است. بنابراین از آنجایی كه بلوتوث با معرفی یك معیار جهانی به هماهنگ كردن هزاران استاندارد رقیب می پردازد؛ این نام برای آن انتخاب شده است.
اما تكنولوژی «دندان آبی» - یا به آن نام اصلی كه برای همه آشناست: Bluetooth- در سال ۱۹۹۴ توسط شركت سوئدی اریكسون ایجاد شد. سرپرستان این تیم تحقیقاتی، ال ام اریكسون و پاپ هارتسن بودند كه هدف آنها ایجاد ارتباطی رادیویی و ارزان قیمت بین موبایل ها بود. با گسترده شدن تحقیقات، چهار شركت نوكیا، آی بی ام ، توشیبا و اینتل هم به شركت اریكسون پیوستند و در سال ۱۹۹۸ یك «گروه ویژه علاقه مند به بلوتوث» با نام اختصاری SIG تشكیل دادند. در دسامبر سال ۱۹۹۹ این گروه اعلام كرد كه شركت های بزرگی مثل مایكروسافت و موتورولا هم به این كمپانی ها افزوده شده اند.
• مروری بر خصوصیات Bluetooth
به هر جهش یك باند فركانسی اختصاص می دهد. این طیف گسترده برای جهش از یك كانال به كانال دیگر استفاده می شود كه باعث ایجاد یك لایه امنیتی قوی می شود.
در هر پیكونت تا هشت دستگاه می تواند شركت داشته باشد. دستگاه های متصل در یك شبكه ad hoc، كه نیازی به تعیین قبلی و برنامه ریزی ندارند، پیكونت را تشكیل می دهند. این شبكه، یك شبكه متقارن است. در زمان ارتباط هر دستگاه دسترس یكسانی به سایر دستگاه ها دارد. در این سیستم یك دستگاه به عنوان واحد میزبان (مستر) و بقیه به عنوان مهمان (اسلیو) مشخص می شوند.
برخلاف سیستم های بی سیمی نظیر مادون قرمز كه در آن دو دستگاه گیرنده و فرستنده باید دقیقاً رو به روی هم باشند و هیچ مانعی بین آنها نباشد، بلوتوث آزادانه تر عمل می كند و برای ایجاد ارتباط بین دو دستگاه دارنده این سیستم فقط كافی است كه این دو دستگاه در برد یكدیگر باشند تا ارتباط بین آنها ایجاد شود و سیگنال ها می تواند از پشت موانعی مانند دیوار هم ارسال شوند.
هم كاربردهای همزمان و هماهنگ و هم غیر هم زمان را پشتیبانی می كند، بنابراین به كار بردن دستگاه های متنوع و سرویس های متنوع را آسان می كند.
• آرایش شبكه
این سیستم به صورت نقطه به نقطه و نقطه به چند نقطه می تواند فعالیت كند. در مورد عملكرد نقطه به نقطه می توان رابطه بی سیم یك موبایل به عنوان دستگاه متحرك و خود موبایل به عنوان بیس را مثال زد. در مورد عملكرد نقطه به چند نقطه هم می توان چند پرینتر و فقط یك دستگاه كامپیوتر را در نظر گرفت. می توان این كامپیوتر را با استفاده از سیستم بلوتوث به چند پرینتر موجود ارتباط داد و از طریق كامپیوتر به عنوان بیس از تمام كامپیوترها به صورت همزمان یا جداگانه استفاده كرد.
• فركانس رادیویی و جهش طیف
اگر میزان زیادی نویز رادیویی وجود داشته باشد، چه اتفاقی می افتد؟ آیا این مسئله باعث اختلال در ارتباطات بلوتوث نمی شود؟ این سیستم طوری طراحی شده است تا از جهش فركانسی و تائید سریع استفاده كند كه ارتباطات را قوی و به دور از خطا می كند. با جهش به یك فركانس جدید، بعد از این كه هر بسته اطلاعاتی دریافت می شود، علاوه براینكه كمك می كند تا تداخل امواج محدود شود، موجب افزایش امنیت هم می شود. سرعت ارسال اطلاعات در سیستم بلوتوث یك مگا بایت در ثانیه است.


بلوتوث در فركانس ۴۵/۲ گیگاهرتز ارتباط برقرار می كند و توافق بین المللی برای استفاده صنعتی، علمی و پزشكی (ISM) از آن انجام شده است. این فركانس، فركانس میانه است. فركانس دقیق بلوتوث ۴۰/۲ گیگاهرتز تا ۴۸/۲ گیگاهرتز است. در این محدوده فركانس، ۷۹ كانال رادیویی فركانس متفاوت وجود دارد. برای این كه در امواج به كار رفته در دستگاه های بلوتوثی كه در برد یكدیگر قرار دارند اختلال رادیویی ایجاد نشود، هر دستگاه در هر ثانیه ۱۶۰۰ بار این ۷۹ كانال را به صورت شانسی انتخاب می كند. در این صورت اگر دو دستگاه در برد یكدیگر قرار داشته باشند و بر حسب شانس هر دو، یك كانال رادیو - فركانس مشترك را انتخاب كنند، زمان اشتراك آنها به قدری كوتاه است كه هیچ تداخلی را باعث نمی شود. محدوده ارتباطی استاندارد در بلوتوث، ۱۰ سانتی متر تا ده متر است كه با افزایش قدرت مخابره تا صد متر نیز قابل افزایش است.
• پروتكل ارتباطی
در ارتباطاتی كه از بلوتوث استفاده می كنند، معمولاً یكی از حالات و موقعیت های زیر برقرار است:
• Standby(انتظار): دستگاه هایی كه به هیچ پیكونتی متصل نباشند، در حالت انتظار هستند. در این حالت، دستگاه با حدود ۳۲ جهش فركانسی در هر ۲۸/۱ ثانیه به پیغام ها گوش می دهد.
•Page/Inquiry : اگر دستگاهی بخواهد با دستگاه دیگری ارتباط برقرار كند و آدرس آن مشخص باشد، یك پیغام ارسال می كند. اگر آدرس مشخص نباشد، توسط یك پیغام كدی برای تقاضای پاسخ می فرستد. واحد اصلی ۱۶ پیغام مشابه را به واحد پیرو می فرستد. اگر پاسخی دریافت نشود، واحد اصلی دوباره ۱۶ پیغام ارسال می كند.
• Active (فعال): در این حالت اطلاعات در حال ارسال هستند.
• Hold (حفظ كردن): زمانی كه هم واحد اصلی و هم پیرو در حالت انتظار هستند و هیچ اطلاعاتی مبادله نمی شود، این حالت برقرار می شود. هدف از این حالت، ذخیره توان است. در غیر این صورت مبادله اطلاعات به طور ثابت صورت می گیرد.
Sniff : این حالت تنها برای دستگاه پیرو قابل اجرا است كه برای ذخیره توان انجام می شود، البته نه به اندازه حالت قبل. در این حالت پیرو نقش فعالی در پیكونت ندارد. این حالت معمولاً قابل برنامه ریزی است.
Park (توقف): فعالیت در این روش، از حالت Hold هم كمتر است. در طول این حالت واحد پیرو با پیكونت همگام شده است، بنابر این نیاز به عكس العمل كامل ندارد. در این حالت آنها آدرس MAC را ندارند و تنها گوش می دهند تا خود را با واحد اصلی هماهنگ كنند (به آدرس سه بیتی ای كه هر واحد در یك پیكونت را مشخص می كند، آدرس MAC می گویند).
• ارسال اطلاعات
اطلاعات می تواند به صورت هم زمان و غیر هم زمان ارسال شود. روش ارتباط هم زمان (SCO) عمدتاً برای صدا و روش غیر هم زمان (ACL) برای داده ها به كار می رود. در هر پیكونت هر جفت واحد اصلی و پیرو می توانند روش ارسال متفاوتی را استفاده كنند و روش ها در هر زمانی می تواند تغییر كند. پهنای باند توسط واحد اصلی كنترل می شود تا مشخص كند هر واحد پیرو می تواند چه میزان از كل را استفاده كند. پیروها نمی توانند اطلاعاتی مبادله كنند تا زمانی كه واحد اصلی به آنها اجازه بدهد و دستگاه اصلی می تواند پیغام ها را از طریق لینك ACL به همه پیروها بفرستد.
• امنیت سیستم و اصلاح خطا
سه تكنیك اصلاح خطا برای شبكه های بلوتوث معرفی شده است: دو حالت كد اصلاح خطای مستقیم (FEC) و درخواست تكرار اتوماتیك (ARQ). روش های FEC طوری برنامه ریزی شده اند تا تعداد ارسال های مجدد را كاهش دهند.
امنیت سیستم از سه طریق انجام می شود: جهش های فركانسی تصادفی تكرار شونده، استفاده از كدهای خاص برای تعیین صحت اطلاعات و روش رمز نگاری.
جهش های فركانسی، استراق سمع را برای هر كسی مشكل می كند. در این روش فركانس ارتباطی بین دو دستگاه براساس الگوی توافقی بین خودشان در محدوده فركانس مجاز ۱۶۰۰ بار در ثانیه، عوض می شود تا علاوه بر اینكه نویز كمتری در ارتباطات ایجاد شود، دست یافتن به اطلاعات واقعی ردوبدل شده برای هكرها هم دشوار شود.روش تعیین صحت به كاربر اجازه می دهد تا اتصال را تنها با دستگاه هایی كه تعیین شده است كنترل كند. روش رمز گذاری از یك كلید رمزی با طول ۶۴ بیت استفاده می كند.
دنیای بی سیم موهبتی برای كامپیوترها بوده است. سیستم بی سیم باعث شده است تا از وجود انبوهی از سیم ها و كابل ها راحت شویم و مهم تر از آن موجب شده است تا كامپیوترهای شخصی بسیار كاربردی تر شوند و تكنولوژی بلوتوث هم به عنوان یكی از مهم ترین تكنیك های بی سیم روز به روز در حال پیشرفت است.