بلوتوث چیست؟

Bluetooth که بعضیها در فارسی آن را به دندان آبی ترجمه کردهاند، استانداردی برای امواج رادیویی است که که برای ارتباطات بیسیم کامپیوترهای قابل حمل و نقل (مانند laptopها)، تلفنهای همراه و وسایل الکترونیکی رایج استفاده میشوند. این امواج برای فاصلههای نزدیک استفاده شده و برای ارتباطات بیسیم تکنولوژی ارزانی محسوب میشوند. به وسیله این تکنولوژی میتوانید بین دو وسیله که دارای این تکنولوژی باشند به صورت بیسیم پیغام، عکس یا کلاً هر اطلاعات دیگری را رد و بدل کنید. رادیوی Bluetooth در داخل یک میکروچیپ قرار دارد و در باند فرکانسی 4/2 گیگاهرتزی عمل میکند. این تکنولوژی از سیستم Frequency Hoping Spread Spectrum استفاده میکند، که سیگنال آن 1600 بار در ثانیه تغییر میکند که کمک بزرگی برای جلوگیری از تداخل ناخواسته و غیرمجاز است. علاوه بر این به وسیله نرمافزار کد شناسایی وسیله طرف مقابل چک میشود. بدین ترتیب میتوان اطمینان حاصل کرد که اطلاعات شما فقط به مقصد مورد نظر میرسد. این امواج با دو قدرت وجود دارند. سطح قدرت پایینتر که محیطهای کوچک (مثلاً داخل یک اتاق) و یا در نوع با قدرت بالاتر که رنج متوسط (مثلاً کل یک خانه) را میتواند پوشش دهد. این سیستم هم برای ارتباط نقطه به نقطه و هم برای ارتباط یک نقطه با چند نقطه میتواند استفاده شود. دارای پهنای باند 720Kbs و 10 متر قدرت انتقال که در صورت تقویت تا 100 متر نیز قابل افزایش میباشد. این تکنولوژی که از سیستم گیرندگی و فرستندگی در جهت مناسب استفاده میکند، قادر است امواج رادیویی را از میان دیوار و دیگر موانع غیرفلزی عبور دهد. اگر امواج مزاحم دستگاه ثالثی باعث تداخل شود انتقال اطلاعات کند میشود ولی متوقف نمیشود.




تاریـخچه بـلوتـوث


فکر اولیه بلوتوث در شرکت موبایل اریکسون در سال 1994 شکل گرفت. اریکسون که یک شرکت سوئدی ارتباطات راه دور است در آن زمان در حال ساخت یک ارتباط رادیویی کممصرف و کمهزینه بین تلفنهای همراه و یک گوشی بیسیم بود. کار مهندسی در سال 1995 شروع شد و فکر اولیه به فراتر از تلفنهای همراه و گوشیهای آنها توسعه یافت تا شامل همه انواع وسایل همراه شود. با هدف ساخت شبکههای شخصی کوچک از وسایل مختلف در طول این زمان، اریکسون نام «بلوتوث» (یک پادشاه دانمارکی) گرفت که بین سالهای 940 و 981 میلادی میزیست. شاهِ هارالد در دوره حکومت خود که یک وایکینگ بود، به طور صلح آمیز، دانمارک، سوئد جنوبی و نروژ شمالی را متحد کرد. این کار به او شهرت یک پادشاه ماهر در ارتباط و مذاکره را در تاریخ داد. برای اریکسون، اسم بلوتوث برای فناوری داده شده که امیدوار بود بتواند به طور صلحآمیز وسایل مختلف را متحد کند، مناسب بود. اریکسون میدانست که اگر فقط یک شرکت این استانداردها را حمایت کند، هرگز موفق نخواهد شد، به همین دلیل در سال 1998، اریکسون که در آن سال به سونی اریکسون تبدیل شده بود یک موافقتنامه با IBM، اینتل، نوکیا و توشیبا امضا کرد و گروه Bluetooth SIG را به وجود آورند. تشکیلات سازمان Bluetooth SIG یا Special Interest Group که هدفش نظارت بر پیشرفت بلوتوث و عمومی ساختن آن بود، بعدها گستردهتر شد و شرکتهایی نظیر 3com، Lucent، مایکروسافت، موتورولا و بیش از 2000 کمپانی دیگر به این سازمان پیوستند. در حال حاضر قبل از اینکه یک کارخانه بتواند محصولی که از تکنولوژی بیسیم Bluetooth استفاده میکند را وارد بازار کند، باید جواز آن را از دو جهت دریافت کند. ابتدا محصول مورد نظر استانداردهایی لازم دارد که بتواند با دستگاههای دیگر که دارای تکنولوژی بیسیم Bluetooth هستند، ارتباط برقرار کند.


دیگر اینکه باید مجوزهای قانونی لازم برای این سیستم چه در کشور سازنده و چه در کشوری که محصول به فروش میرود را دریافت کند که هماهنگ کننده بخش بینالملل این مجوزها بر عهده Bluetooth SIG است.




بلوتوث چگونه کار میکند


فناوری بلوتوث با حذف دخالت کاربر در سیستم و همچنین احتیاج به انرژی بسیار کم برای برقراری ارتباط با وسایل دیگر که موجب صرفهجویی زیادی در مصرف باطری میشود، تکنولوژی شبکههای کوچک را وارد مرحله جدیدی کرد. بلوتوث در واقع یک استاندارد شبکه است که دارای 2 سطح است: سطح اول که به عنوان سطح فیزیکی شناخته میشود و بیانگر این است که بلوتوث یک فرکانس رادیویی استاندارد است و سطح دوم که به عنوان سطح پروتکل شناخته میشود و دربرگیرنده قوانین و دستوراتی همچون مکان و زمان ارسال اطلاعات، تعداد بیتهای ارسالی در آن واحد و همچنین شمار وسایلی که بطور همزمان میتوانند در عملیات ارسال و دریافت اطلاعات شرکت داشته باشند میباشد. بعضی از وسایلی که شما هم اکنون نیز از آن استفاده میکنید مانند دستگاه کنترل درب پارکینگ یا جدیدترین نسل تلفنهای بیسیم از فرکانسهای باند ISM استفاده میکنند. اطمینان حاصل کردن از اینکه امواج بلوتوث با امواج دستگاههای نامبرده شده تداخل پیدا نکنند یکی از سختترین مراحل طراحی این فناوری است. یکی از راههایی که تجهیزات بلوتوث از آن برای جلوگیری از تداخل امواجشان با سایر تجهیزات بهره میجویند، ارسال سیگنالهای بسیار ضعیفی در حدود یک میلیوات است.


برای مقایسه فقط کافی است بدانید تلفنهای همراه میتوانند یک سیگنال در حدود 3 واتی را مخابره کنند. استفاده از امواج کم قدرت شعاع برد سیگنالهای بلوتوث را به حدود 10 متر محدود میکند و همچنین با استفاده از این سیگنالهای ضعیف امکان ایجاد تداخل بین امواج بلوتوث با امواج تلفن همراه، کامپیوتر و یا دستگاه تلویزیون به کلی منتفی میشود. اما با همین امواج ضعیف هم لازم نیست که دو دستگاه فرستنده و گیرنده امواج در دید مستقیم یکدیگر باشند. امواج بلوتوث براحتی از دیوارهای خانه شما عبور میکنند و این یک امکان خوب برای کنترل چند دستگاه در اتاقهای مختلف است. بلوتوث میتواند همزمان با 8 دستگاه ارتباط داشته باشد به شرطی که این دستگاهها در شعاع ده متری باشند. شاید شما تصور کنید که ممکن است بین این دستگاهها تداخل بوجود بیاید اما این غیرممکن است. بلوتوث از یک فناوری بنام «جهش فرکانس در طیف گسترده» بهره میجوید که احتمال استفاده از یک فرکانس برابر توسط دو دستگاه بطور همزمان را تقریبا به صفر میرساند. بر پایه این تکنولوژی هر وسیله از 79 فرکانس منحصر به فرد که به صورت اتفاقی از میان یک سری فرکانسهای از پیش تعیین شده انتخاب شده است استفاده میکند که به طور منظم از یکی از آنها به دیگری تغییر فرکانس میدهد.


در مورد بلوتوث این عمل تغییر فرکانس توسط دستگاه فرستنده حدود 1600 بار در ثانیه اتفاق میافتد و این بدان معنی است که تعداد دستگاههای بیشتری در آن واحد میتوانند از یک بخش محدود از باند فرکانس رادیویی استفاده کنند. هنگامی که دو دستگاه فرستنده بلوتوث از تکنولوژی جهش فرکانس در طیف گسترده بهره میگیرند این غیرممکن است که دو دستگاه به طور همزمان از یک فرکانس برابر استفاده کنند. بر پایه همین تکنولوژی از اختلال بین امواج بلوتوث با دستگاههایی مانند کنترل درب پارکینگ یا تلفنهای بیسیم هم جلوگیری میشود.


حتی اگر در موارد استثنایی اختلالی هم بین امواج بوجود بیاید مدت آن کسر کوچکی از ثانیه خواهد بود که آن هم قابل اصلاح است. هنگامی که دو یا چند وسیله مجهز به بلوتوث در محدوده برد یکدیگر قرار میگیرند یک گفتوگوی الکترونیکی بین آنها صورت میگیرد که مشخص میکند آنها چه اطلاعاتی برای به اشتراک گذاشتن دارند یا اینکه کدامیک از آنها باید توسط دیگری کنترل شود. برای این کار لازم نیست که کاربر دکمهای را فشار دهد یا دستوری را صادر کند بلکه این گفتوگوی الکترونیکی بطور خودکار انجام میشود. به محض اینکه این گفتوگو صورت گرفت دستگاههای بلوتوث موجود در این گفتوگو یک شبکه را تشکیل میدهند . یک شبکه کوچک (PAN) که به آن piconet هم میگویند. شبکهای که یک محیط کوچک مانند یک اتاق را تحت پوشش خود قرار میدهد یا حتی ممکن است محیطی که تحت پوشش خود قرار میدهد بیشتر از فاصله بین دستگاه پایه تلفن بیسیم با گوشی و هدست خود نباشد. وقتی که یک شبکه piconet برقرار میشود دستگاههای حاضر در این شبکه همانطور که قبلا توضیح دادیم شروع به استفاده از سیستم جهش فرکانس میکنند و مرتبا فرکانس سیگنالهای خود را به طور اتفاقی در یک طیف مشخص تغییر میدهند تا با این کار هم در دسترس یکدیگر باشند و هم اینکه از تداخل piconet آنها با piconet دیگری که ممکن است در همان اتاق برقرار باشد جلوگیری شود.

مزایای بلوتوث


مهمترین امتیارات بلوتوث بدون سیم بودن، کم هزینه و ارزان بودن و اتوماتیک بودن آن است. البته راههای دیگری مانند ارتباط از طریق اشعه مادون قرمز (اینفرارد) هم برای ارتباط بدون سیم وجود دارد، اما دو محدودیت در استفاده از آن وجود دارد. اول اینکه: اشعه اینفرارد فقط در مسیر مستقیم منتشر میشود و حتما باید دستگاه را مستقیماً به سمت وسیله مورد نظرتان بگیرید تا آن وسیله بتواند دستور مورد نظر شما را دریافت و اجرا کند. محدودیت دیگری که وجود دارد این است که تکنولوژی اینفرارد یک تکنولوژی یک به یک است. یعنی اینکه در آن واحد فقط بین دو وسیله میتواند ارتباط برقرار کند. مثلا شما میتوانید توسط آن اطلاعاتی را از لپتاپتان به تلفن همراه دوستتان منتقل کنید اما نمیتوانید همزمان آن اطلاعات را به PDA دوست دیگرتان هم منتقل کنید. فناوری بلوتوث ابداع گردید تا محدودیتهای اینفرارد را پوشش دهد. حداکثر سرعت انتقال اطلاعات در دستگاههای بلوتوثی که با استاندارد قدیمیتر بلوتوث 0/1 کار میکنند 1 مگابایت در ثانیه است اما در استاندارد بلوتوث 0/2 اطلاعات میتوانند با سرعت 3 مگابایت در ثانیه منتقل شوند. دستگاههای بلوتوثی که از استاندارد جدید استفاده میکنند با دستگاههای دارای استاندارد قدیمیتر هم سازگارند. شبکه بلوتوث اطلاعات را توسط امواج رادیویی با قدرت کم انتقال میدهد که فرکانس این امواج برابر با 45/2 GHz است (دقیقا بین402/2 GHz تا 480/2 GHz) که این باند فرکانس طبق یک توافقنامه بینالمللی برای استفاده توسط لوازم علمی، پزشکی و صنعتی کنار گذاشته شده است (ISM).

امنیت در بلوتوث


بلوتوث میتواند در 3 مدل امنیتی کار کند: مدل 1 که بدون امنیت است، مدل 2 که در مرحله سرویسدهی و بعد از اینکه کانال ارتباطی پیدا شد، امنیت را برقرار میکند و مدل 3 که در مرحله لینک و قبل از اینکه کانال ارتباطی پیدا شود، امنیت را ایجاد میکند. هر وسیله مبتنی بر بلوتوث یک آدرس 48 بیتی منحصر به فرد دارد. رویه تأید، استفاده از کلیدهای متقارن و رمزنگاری با کلیدی 128 بیتی انجام میشود. البته در دستگاههای مختلف این طول کلید رمزنگاری مختلف است و بستگی به مقداری دارد که در کارخانه تعریف میشود. این کلید 128 بیتی که به صورت کاتورهای انتخاب میشود، وظیفه انجام مذاکرات امنیتی بین دستگاهها را به عهده دارد. وقتی دو سیستم مبتنی بر بلوتوث یک کانال ارتباطی بین همدیگر برقرار میکنند، هر دو یک کلید آغازین را ایجاد میکنند. برای این کار یک کلید عبور یا شماره شناسایی شخصی وارد ارتباط میشود و کلید آغازین ساخته میشود و کلید پیوندی بر اساس کلید آغازین محاسبه میشود. از این به بعد کلید پیوندی برای شناسایی طرف ارتباط استفاده میشود. اولین چالش امنیتی کلید عبور است که به اختصار PIN نامیده میشود.


مثل هر کلید دیگری، کلیدهای طولانی از کلیدهای کوتاه امنتر هستند. اگر هکری بتواند کلید عبور را کشف کند، میتواند کلیدهای آغازین ممکن را محاسبه کند و بعد از آن کلید پیوندی را بدست آورد. کلید عبوری طولانی میتواند محاسبات را برای یافتن کلیدهای بعدی بسیار سخت کند. کلید آغازین جایگزین لینکهای رمزنگاری نشده میشود که این یک نقطه ضعف اساسی به حساب میآید و بهتر است که در پردازش هر دو دستگاه بلوتوث، این قسمت در محل امنتری قرار بگیرد چرا که یک هکر میتواند دادههای انتقالی را که به یک دستگاه بلوتوث فرستاده میشود ضبط کند و از آن برای خلق PIN استفاده کند.


همچنین استفاده از یک کلید عبوری ثابت در تمام مواقع میتواند امنیت یک ارتباط بلوتوث را کاملاً به خطر بیاندازد. کلیدهای لینک میتواند ترکیبی از کلیدها یا کلیدهای واحد باشد. بهترین حالت امنیتی این است که از کلیدهای ترکیبی شامل کلیدهای واحد استفاده شود. وقتی شما از یک کلید واحد استفاده میکنید، باید برای همه تعاملات امنیتی از همان کلید استفاده کنید و این کلید باید برای تمامی دستگاههای مجاز به اشتراک گذاشته شود. این یعنی هر دستگاه مجاز میتواند به ترافیک شبکه دسترسی داشته باشد



جمع بندی


بررسی یک تکنولوژی مخابراتی و موفقیت یا عدم موفقیت آن وابسته به موارد بسیاری است که مسلماً موفقیت تجاری در این بین اهمیت خاصی دارد. طبعاً نسخههای اولیه هر استانداردی با مشکلات فنی مواجه میشود که بسیاری از آنها به مرور زمان و در نسخههای بعدی حل میشوند. اما اهمیت کار در زمان ارائه نمونههای تجاری از آن تکنولوژی است. به این معنی که هر استانداردی نهایتاً قابل پیادهسازی است. اما میبایست در زمان مناسب و با کمترین هزینه انجام گردد و در غیر این صورت امکان فروش محصولات با وجود رقیبان دیگر غیرممکن است که این امر حتی میتواند باعث ورشکستگی شرکتهای پشتیبان گردد.


در مورد Bluetooth پیشبینیهای اولیه حاکی از آن بود که محصولات این استاندارد از سال 2000 وارد بازار شده و قیمت تراشه آن در این سال حدود 20 دلار و تا سال 2002 حدود 5 دلار و در سال 2005 کمتر از 1 دلار باشد که این پیشبینیها به دلایل بسیاری با شکست مواجه شد. هرچند در حال حاضر نمونههای تجاری headsetها و پرتهای USB رادیویی که از این تکنولوژی استفاده مینمایند در بازار به وفور وجود دارد.


اما با توجه به حجم سرمایهگذاری و تبلیغات انجام شده، این تکنولوژی هنوز نتوانسته است جایگاه پیشبینی شده را برای خود فراهم نماید. شاید با تغییراتی که در آن داده شده است (که در قالب نسخههای IEEE ارائه شدهاند) بتوان امید داشت که در آینده مشکلی تحت عنوان لینک رادیویی برد کوتاه مطمئن و ارزان قیمت وجود نداشته باشد.




اینفرارد چیست ؟


تابش اینفرارد یا مادون قرمز دارای طول موجی بین تقریباً 750 نانومتر و 1 میلی متر است و از سه نوع فرآیند مغناطیسی برای ارسال دادههای خود استفاده میکند.


آشنایی با فناوری های همراه، از آنجایی که فرصتی برای مطالعه بیشتر در مورد دستاوردهای تکنولوژی ارتباط سیار را فراهم میآورد، به کاربران تخصصی و عمومی کمک میکند تا راههای استفاده مفیدتر و افزایش کارایی هنگام فعالیت با این دستاوردها را بیاموزند و بررسی کنند. یکی از فناوری هایی که کاربران معمولاً به صورت روزمره با آن سر و کار دارند و تبادل اطلاعات گوشی های تلفن همراه خود را به وسیله- ی آن انجام میدهند، فناوری اینفرارد است که غیر از گوشی های موبایل، کاربردهای بسیار دیگری هم دارد.


«Infrared» یا اشعه فرو سرخ، یک تابش الکترومغناطیسی با طول موج بیشتر از امواج مرئی و کوتاه تر از امواج رادیویی است. تابش فرو سرخ یا مادون قرمز دارای طول موجی بین تقریباً 750 نانومتر و 1 میلی متر است و از سه نوع فرآیند مغناطیسی برای ارسال دادههای خود استفاده میکند.


با توجه به سهم امواج مادون قرمز از طیف رنگ ها، استفادههای کاربردی زیادی را میتوان برای این امواج نام برد، از جمله یافتن مقصد و پیدا کردن هدف در موارد نظامی، تنظیم از راه دور، استفاده در بی سیم ها برای ارتباطات کوتاه برد، طیف بینی و پیش بینی وضعیت هوا تلسکوپ های فضایی ساخته شده با استفاده از فناوری مادون قرمز نیز در شاخهای از نجوم به نام « نجوم فرو سرخ» استفاده میشوند. این نوع تلسکوپ ها قسمت ها و منطق گرد و خاکی و غبار آلود فضا مانند ابرهای ملکولی را بررسی میکند و اشیا و اجرام را با دمای پائین (مانند سیاراتی که در فواصل دور به دور ستارگانی دیگر میگردند) را شناسایی میکنند و همچنین به یافتن اجرام و سیاراتی میپردازند که بر اثر انفجار های فضایی، مدت ها پیش از بین رفتند و تنها بقایایی اندک از خود بر جای گذاشتند.


در فناوری های هستهای و اتمی نیز انرژی های فرو سرخ، با ایجاد تغییر در قطبیت، ارتعاشات مولکولی را از بین میبرند و برای بررسی حالت های انرژی مولکولی، وضعیتی ثابت و پایدار ایجاد میکنند. طیف بینی فرو سرخ نیز سنجش میزان جذب و انتقال فوتون ها در محدودهٔ انرژی فرو سرخ است که بر اساس شدت و فرکانس آن ها انجام میشود. انتقال دادهها از طریق امواج فروسرخ نیز در ابعاد مکانی کوچک و بین دستگاههای کامپیوتری دیجیتال و تلفن های همراه یا PDA ها مورد استفاده قرار میگیرد.


این گونه دستگاهها خود را با استانداردها و قوانین IrDA (انجمن دادههای اینفرارد) تطبیق میدهند و کار میکنند. کنترل های از راه دور و دستگاههای مطابق با استانداردهای IrDA از دیودهای ساطع کننده نور یا الئیدی برای ساطع کردن امواج فرو سرخ که توسط یک لنز پلاستیکی داخل نورافکنی کوچک و نازک کار گذاشته شدند، استفاده میکند. این نورافکن ها نوسان بندی شدند و وقتی خاموش و روشن میشوند، به تناسب، دادهها را رمزگذاری میکنند. دستگاه دریافت کنندهٔ امواج فروسرخ، از یک فتو دیود با جنس سیلیکون استفاده میکند تا موج اینفرارد را به جریان الکتریکی تبدیل سازد. دستگاه دریافت کنندهٔ امواج، تنها به سیگنال های پالس دهندهای که مدام توسط Transmitter ساخته میشوند، پاسخ میدهد و امواج فروسرخی را که به آرامی از نورهای محدود و کوچکی تغییر حالت میدهند، از صافی مخصوص خود میگذراند. فناوری اینفرارد در ارتباطات برای استفاده در محل های کوچکی که تراکم افراد و جمعیت در آن ها بالاست و بلوتوث و سایر فناوری ها قادر به انتقال دادهها به شکلی مناسب نیستند، بسیار مفید به نظر میرسد.


امواج فروسرخ یا Infrared از دیوارها عبور نمیکنند و در نتیجه در کار سایر دستگاههای اتاق های مجاور دخالت نمیکنند. اینفرارد رایج ترین فناوری استفاده شده در کنترل های از راه دور دستگاههای مختلف است. ارتباطات FSO، شاخهای از فناوری های تله کام هستند که از انتشار و تکثیر نور در فضاهای خالی برای انتقال داده و اطلاعات بین دو نقطه استفاده میکنند.


از این فناوری زمانی استفاده میشود که برقراری ارتباط فیزیکی بین دو نقطهٔ مبدأ و مقصد دریافت کننده اطلاعات مشکل و غیر ممکن باشد. (برای مثال در شهرهایی که راه اندازی سیستم های کابل کشی فیبر نور ی هزینه زیادی در بر دارد.) این فناوری همچنین در انتقال داده و اطلاعات بین فضاپیماها و ماهوارهها به کار گرفته میشود، هرچند که در خارج از جو سیگنال های ارسالی دچار اندکی انحراف میشوند. به رغم اینکه برقراری ارتباط اطلاعاتی در فواصل کوتاه و با حجم پائین اطلاعات توسط الئیدیها نیز مقدور است، این پیوندهای نوری، معمولاً از امواج اینفرارد لیزری استفاده میکنند. در نتیجه فناوری FSO با استفاده از امواج فروسرخ، یک روش بسیار ارزان برای برقراری اتصالات اطلاعاتی در فضاهای شهری با کارکرد بیش از 4 گیگا بیت بر ثانیه است و حتی قیمت آن ها با قیمت خریداری فیبر نوری به تنهایی برابر است، در پایان هم جا دارد اضافه کنیم امواج اینفرارد، نور لازم برای ارتباطات فیبر نوری را فراهم میکند. این امواج، طول موجی با حداقل میزان انتشار 33/1 نانومتر و حداکثر میزان پراکنش نور 55/1 نانومتر دارند و در سیم های سیلیسیومی بسیار استفاده میشوند.