ما هي تقنية الـ " بلوتوث "BLUETOOTH ؟



تعريف : تقنية " بلوتوث " هي حقيقة عبارة عن معيار ( أو طريقة ) للاتصال اللاسلكي عبر موجات الراديو (RF)قصير المدى بين أجهزة تشكل شبكة شخصية محدودة المسافة (PAN) (حوالي 10 أمتار) ..... وبالتالي أي جهازين يتبعوا نفس هذا المعيار يمكنهم الاتصال وتبادل البيانات فيما بينهم دون الحاجة إلى اتصال مباشر فيما بينهم .... مثلا مجموعه من الأجهزة التي تستخدم الـ " بلوتوث " مثل جهاز المحمول والكاميرا الرقمية والمفكرة الشخصية وحتى الطابعة وأجهزة تسخين الطعام ( Microwave Oven ) والثلاجة .. يمكنها أن تشكل شبكه متكاملة متصلة ببعضها بمجرد تشغيلها .. فعلى سبيل المثال يمكنك أن تحمل جهازك المحمول في جيبك وترسل بريد إلكتروني عبر الإنترنت دون التوصيل بالمحمول أو حتى ممكن من جهاز تسخين الطعام ان يرسل رسالة إلى محمولك تخبرك أن الطعام جاهز أو حتى جهاز الحاسب المحمول يمكنه أن يرسل أمرا إلى الطابعة للطباعة وغيرها من التطبيقات الكثيرة..

ولكن كيف نشأت؟
دعونا نلقي نظرة سريعة عن التوصيلات في حياتنا اليومية

هناك طرق عده لربط الأجهزة الإلكترونية ببعضها البعض فمثلا:
- توصيل الحاسب الآلي بلوحة المفاتيح أو بالفارة أو بالطابعة أو بوحدة المعالجة المركزية أو بالماسحات الضوئية و ذلك من خلال أسلاك التوصيل المعروفة والملموسه -وأيضا توصيل المفكرة الشخصية (PDA) بالحاسب الآلي عبر أسلاك خاصة لتبادل المعلومات
- وأيضا أجهزة "T.V"و"VCR" وجهاز استقبال الأقمار الصناعية تتصل فيما بينها بكوابل خاصة ويمكن التحكم بها عن بعد عن طريق التحكم عن بعد باستخدام الأشعة تحت الحمراء
وأجهزه الهاتف اللاسلكية المنزلية قصيرة المدى (حوالي 50 مترا) والتي تتصل بقاعدتها عبر موجات الراديو(RF)والتي بدورها (القاعدة) تتصل بخدمة الاتصال عبر سلك خاص
وغيرها الكثير من الأجهزة الإلكترونية والتي يتخيل إلينا أننا يلزمنا دكتوراه في الهندسة الإلكترونية لكي نفهم فن التوصيلات ببعضها البعض وتعقيداتها .

إذا فما المشكلة هنا؟
لنرى ... كم عدد الأسلاك اللازمة لربط جاهزين ... بعض الأحيان اثنين مثل سماعة الرأس بالحاسب أو 8 أو 16أو 25 مثل توصيل الحاسب بالأجهزة الطرفية له لكن بمجرد الربط تظهر بعض الأسئلة:
عند إرسال البيانات هل يتم الإرسال بشكل متوالي ( أي واحد " بت " في نفس الوقت على نفس الموصل ) أم بشكل متوازي (8 أو 16..."بت" في نفس الوقت كمجموعه) ؟
فمثلا اتصال الفارة ولوحه المفاتيح توالي بينما الطابعة اتصالها توازي...
وأيضا كيف يتم معرفة أن البيانات المرسلة هي نفسها المستقبلة في الجهة الأخرى والذي أدى إلى تطوير " لغة " تفاهم من أوامر واستجابات لكي تفهم الأجهزة المختلفة الصنع والمتعددة بعضها البعض وهذا ما يسمى" معيار" "protocol"






هذه النقاط التي استخدمها المنتجون ( الشركات المصنعة للأجهزة الإلكترونية ) جعلت من الصعب التحكم في كمية الوصلات المستخدمة حتى ولو تم استخدام أسلاك ملونة للتميز بينها كما أنه لا يمكن ربط كافة الأجهزة الإلكترونية مع بعضها البعض مثل الكمبيوتر وملحقاته وأجهزة الاتصالات وأجهزة الترفيه المنزلية بعضها البعض لان ذلك يتطلب إعداد بروتوكولات جديدة وإضافة المزيد من الأسلاك.
لذلك جاءت فكره "بلوتوث"...كانت أول من بدأها شركة اريكسون Erricson. والتي بدأته سنة 1994 تحت ما يسمى "بلوتوث" وتبعتها شركات كثيرة التي انضمت إلى الاهتمام بهذه التقنية ( أكثر من ألف شركة ) تحت ما يسمى"مجموعة الاهتمام الخاصة ب"بلوتوث""أو
" Bluetooth special interest group (SIG )"
لتحل هذه التكنولوجيا محل أسلاك التوصيل





ما الفرق بين الـ " بلوتوث " و الاتصال اللاسلكي ( عن طريق الأشعة تحت الحمراء )؟

لاشك أن الاتصال اللاسلكي مستخدم في العديد من التطبيقات مثل التوصيل من خلال استخدام أشعة الضوء في المدى الأشعة تحت الحمراء وهي أشعة ضوئية لا ترى بالعين وتعرف باسم تحت الحمراء لان لها تردد اصغر من تردد الضوء الأحمر.

تستخدم وسيلة الاتصال بواسطة الأشعة تحت الحمراء بما يعرف بـ " IrDA " " Infrared Data Association" في التحكم في العديد من الأجهزه الإلكترونية مثل التلفاز و الـ " VCR "وأجهزة " receiver " كما أنها تستخدم في العديد من الأجهزة الطرفية للحاسب الآلي (مثل لوحة المفاتيح والفارة)....
ملحوظة: في معظم الحواسيب الآلية وغيرها من الأجهزة الرقمية يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء كاتصال رقمي( الأشعة تنتقل كنبضات متتابعة تشكل عدد البتات المنقولة كبيانات إلى الدائرة المستقبلة المتفقه معها في التردد الناقل للبتات )
على الرغم من رخص ثمن وكفاءة تقنية الأشعة تحت الحمراء كوسيلة اتصال لاسلكي للأجهزة إلا أنها لها عيبين رئيسيين:
1- تعتمد تقنية الاتصال بواسطة الأشعة تحت الحمراء على مدى الرؤية فقط " Line of sight " أي التوجيه المباشر و على خط مستقيم.
2- تقنية الأشعة تحت الحمراء عبارة عن تقنية " واحد إلى واحد " " One-to-One " بحيث يتم النقل بين جهازين فقط في نفس الوقت فمثلا يمكن تبادل المعلومات بين الكمبيوتر وجهاز الكمبيوتر المحمول بواسطة الأشعة تحت الحمراء أما تبادل المعلومات بين الكمبيوتر وجهاز المفكرة الشخصية في نفس الوقت فلا يمكن .

وجاءت تقنية الـ " بلوتوث " لتحل هاتين المشكلتين حيث قامت شركات اريكسون وتوشيبا وانتل وسيمنز و موتورولا بتطوير مواصفات خاصة في لوحة صغيره " RADIO MODULE " ( عبارة عن شريحة صغيرة و رخيصة ) تثبت في الحواسيب والطابعات والأجهزة المحموله والأجهزة المنزلية ..إلخ هذه الشريحة تحل محل الأسلاك عن طريق استقبال الأوامر أو البتات من الجهاز ونقله لاسلكيا بتردد معين يبلغ ( حوالي2.45 جيجا هرتز ) إلى جهاز الاستقبال الذي يترجمه إلى الأوامر الصادرة له عبر نفس الشريحة المثبتة فيه أيضا.

إذا ما هي ميزات تقنية " بلوتوث "؟

- معيار من التقنية يمكن من خلاله توفير اتصال لا سلكي بين الأجهزه المحمولة إذا هو لا سلكي يعتمد على موجات الراديو فيتجاوز مرحلة " مدى الرؤية فقط" .
- رخيص الثمن ( ثمن الشريحة يترواح بين 5 –20 دولار)

- يستهلك قدره"power" قليل بمقارنته بغيره من تقنيات اللاسلكي

- يجتنب أي تشويش مع غيره من الأجهزه المحموله (سيأتي شرحه فيما بعد)
- يمكن نقل البيانات و الأصوات عن طريقه.

ملحوظة:
تعمل وسيلة اتصال البلوتوث عند تردد 2.45 جيجاهيرتز وهذا التردد يتفق مع الاجهزة الطبية والاجهزة العلمية والصناعية مما يجعل انتشار استخدامه سهل. فمثلا يمكن فتح باب الكارج من خلال اشعة تحت الحمراء يصدرها جهاز خاص لذلك ولكن باستخدام البلوتوث يمكن فتح الكراج باستخدام جهاز الهاتف النقال.



لماذا سميت هذه التقنية بـ " بلوتوث "؟

تعود التسمية إلى ملك الدانمارك هارولد بلوتوث Harold Bluetooth الذي وحد الدانمارك والنوروي أدخلهم في الديانة المسيحية توفى في 986 في معركة مع ابنه. واختير هذا الاسم لهذه التكنولوجيا للدلالة على مدى أهمية شركات في الدانمارك والنوروي والسويد وفنلندا إلى صناعة الاتصالات ، بالرغم من أن التسمية لا علاقة لها بمضمون التكنولوجيا .

المزيد عن تقنية ال "بلوتوث" وسيكون ترتيب عرض المعلومات من خلال المحاور الرثيسية التاليه:
1- معمارية شبكة "بلوتوث" والجانب التقني والهندسي ال "بلو توث"
2- بعض التعريفات الوارد ذكرها في هذه التقنية وكذللك الأسئلة المتكرره
3- استعراض ال فرق بين ال "بلوتوث" و SWAP وhomeRF و غيرها من تفنيات اللاسلكي
4- نظرة مستقبلية لل "بلوتوث"


مقدمة :

ما هي التطبيقات العملية لل"بلو توث"؟ ..إنها تفوق تخيلنا في الحقيقة لكن الطموح مستمر و عالي التفكير
وعمليا جميع الأجهزه الرقمية الحديثة سواء في المكتب أو في البيت والتي لا تستخدم معيار اتصال
متزامن فيما بينها ممكن أن تحقق التواصل تحت مظلة تكنولوجيا "بلوتوث"bluetooth





من أمثلة هذه الجهزه:
- الهاتف وأجهزة النداء pager -الحاسب الألي -الطابعة -المفكرة الشخصية
-أجهزة الفاكس -أجهزه الوصول الى الشبكات المحلية LAN -الحاسب الرقمي المحمول laptop وغيرها الكثير
وسأسرد بعض هذه التطبيقات و سأترك الباقي لتخيلاتكم :
مثلا : -يمكن أن تتحرك بفأره تحتوي على "بلوتوث" بعيدا عن الشاشة وأنت تتمشى في الغرفة
- كذلك الحال مع لوحة المفاتيح بحيث وانت تتحرك في الغرفة أو جالسا تشرب الشاي تستخدم لوحة المفاتيح
و هذا مفيد للحماية من الإشعاع الكهرومغناطيسي الصادر من الشاشة كما يفيد أصحاب طول النظر
- أيضا ممكن للوحة المفاتيح لديك أن تتعرف عن أكثر من حاسب واحد بشكل دينامكي و تلقائي
ويمكن التحويل بينهم( وهذه ميزة أعتبرها عظيمة و مهمة في نفس الوقت)
-ممكن أن تستقبل بريدك الإلكتروني بينما حاسبك الشخصي المحمول في حقيبتك بحيث يبعث إشارة إلى
جهازك المحمول يخبرك بوجود رسائل ويمكنك من قراءتها عل شاشة المحمول والرد عليها
- أيضا رجل أعمال يسأل حاسبه المحمول لكي يحدد أقرب طابعه له لكي يطبع شيء مهم وهكذا.......


...نظرياً أي جهاز رقمي يمكن أن يكون جزءا من تقنية ال"بلوتوث"

تحديات تقنية "بلوتوث"BLuetooth technical challenges

- الوظائف السابق ذكرها تتضمن بعض التعقيدات ليس فقط لكثرة التطبيقات التي تدعمها ال"بلوتوث" ولكن أيضا
بالنسبة إلى حجم الشريحة ومقدار القدرة التي تستهلكها لتنفيذ المطلوب منها بنفس الكفاءة والدقة
إذا للنظام التقني الذي يدعم ال"بلوتوث" يجب أن يواجه التحديات التالية

1- يجب عليه أن يستخدم مدى من التردد غير المرخص للإستخدام العام ..لذا تم اختيار مدى تردد الأجهزة العلمية و التطبيقية(Industrial Scientificand Medical(ISM)
لكي يعمل فيه نظام ال "بلوتوث"..التحدي هنا أن يواجه أي تشويش الصادر من مصادر أخرى (أجهزةأخرى)تعمل في هذا المدى

2- أن يكون جهاز الإرسال والاستقبالtransceiverيجب أن يتوافق مع تغير البيئة المحيطة لأن الجهاز بطبيعةالأمر سيكون محمولاً
4- يجب ألا يشغل مساحة كبيرة داخل الجهاز الحامل له وكذلك ألا يستهلك إلا مقدار قليل من القدرة power من الجهاز العائل
5- يجب أن يدعم أكثر من نوع من الأجهزة في نفس الوقت
6- أن يضمن التزامن بين الوحدات المتصلة بين الأجهزة المشاركة في نفس الوقت والتي تستخدم أنواع مختلفة من صيغ الاتصال فيما بينها
7- الأمان الممكن أن يقدمه ال "بلوتوث" في نقل البيانات الشخصية والأوامر

لننتقل لمعرفة مدى مواجهة "بلوتوث" لهذه التحديات بمعرفة معمارية ال "بلوتوث"



معمارية شبكة ال "بلوتوث" bluetooth system architecture
مقدمه
تعتمد تقنية ال "بلوتوث" أو معيار ال "بلو توث" على معيار أخر تستند عليه و هو معيار IEEE 802.11إذا للفهم الكامل سأقدم نبذه عن هذا المعيار

معيار IEEE 802.11



معيار الإتصال ال IEEE 802.11 يعرف نوعين من أنواع الشبكات
1- Ad-hoc
2client/server
1- Ad-hoc هي شبكة بسيطة بحيث يتم الإتصال بين مكونات الشبكة (المحطات) داخل منطقة الإتصال دون الحاجة إلى لمزودserver أو نقطة تصريح وصولaccess point
و ال معيار IEEE 802.11يحدد عملية أن كل محطة يجب تراقب(أو تكون في وضع الاستعداد) بحيث تكون كل الوحدات لها وصول access في الوسط اللاسلكي
2- client/server وهي شبكة تستخدم نقطة وصول Access point والتي تتحكم في وقت الارسال allocation of transmit timeبين المحطات ويسمح بال محطات المحمولة(الأجهزة المكونة للشبكة اللاسلكية المحمولة) من التحويل من
خلية إلى أخرى..كما تتحكم نقطة الوصول في ازدحام الشبكة بين المحطات اللاسلكية والسلكية أو اللاسلكية


تقنية ال"بلوتوث" تدعم النوع الأول من الشبكات المعرفة من IEEE802.11 وهي ad-hoc وذلك أن كل محطة عامله في ال "بلو توث" يجب أن تراقب أو تكون مستعده للاتصال وتعطي لكل الوحدات المتصلة حرية الوصول اليها


إن معمارية نظام ال "بلوتوث" هوتقسيم نظام ال "بلوتوث إلى طبقات متعدده ومستقلة لغرض سهولة الدراسة والإيضاح
وهذه الطبقات تكون الأساس التي يعمل عليهاال "بلوتوث". والشكل التالي يبين هذه الطبقات :




الشكل السابق يوضح أن معيار ال "بلوتوث" يتكون من :
1- طبقة الراديو radio layer في الأسفل و التي تشكل الوسط الفزيائي للنقل
2 طبقة baseband و طبقة معيار إدارة الشبكة Link manager protocol(LMP)وهما معنيين بالتوصيل والتحكم بين الأجهزه المدعمة ل "بلوتوث"
3 طبقة تحكم العائلHos Controller Layer HCL وهي لازمة لتوفير التوافق بين الطبقات الثلاث السفلية اليابق وطبقة L2CAP الأعلى
4 طبقة Logic link control and adaptation protocol L2CAP وهي الطبقة الأعلى المعنية بخدمة ومعالجة البيانات والمعلومات ومعلومات عن الأجهزة الموصلة
5- طبقة RFCOMMوهي فوق طبقة L2CAP وتوفر النقل التسلسلي إلى خدمات أعلى مثل WAP وغيره


سنبدأ بالطبقة الأولى إن شاء الله :

طبقة الراديو Radio layer



تستخدم تقنية ال "بلوتوث" مشعار antennaالمواجه للهواءبقدرة 0 dBm
تعمل تقنية ال "بلوتوث" في مدى من التردد الغير مرخص للإستخدام العام وهو مدى ISM وهو حول التردد الموجي 2.45GHz كما يدعم
نقل بيانات بسرعة 721 كيلو بت/ثانية بالإضافة إلى ثلاث قنوات اتصال صوتي voice channels ... ويستهلك قدرة 1mW مما جعل مداها يقتصر على عدة أمتار (10 متر)
يمكن زياده هذه المسافة(إلى 100 متر) بزيادة القدره
تستخدم تقنية ال "بلوتوث " المدى المتسعspread spectrum لها فهي تعمل من2.402 جيجا هرتز إلى 2.4835 جيجاهرتز
وهي تسهل القيام بعمليات إلى مستوى قدرة 100mW



لكن لتجنب التشويش أو تداخل الإشارات وخصوصا مع وجود أكثر من جهاز للتعامل في نفس الوقت تستخدم تقنية ال "بلوتوث ما يسمى يتقنية "القفز الترددي""Frequency hopping"
حيث يقفز حوالي 79 قفزه في المدى الترددي (2.402 -2.4835 جيجاهرتز) بفاصل 1 ميجاهرتز بحيث المعادلة كالتالي
f=2.402+k.....where k=0,1,2,3.....78

وذلك بسرعة 1600 مرة في الثانية.. وهذا يعطي الفترة بين القفزتين حوالي625 ميكروثانية


(في بعض البلاد الأخرى(مثل اليابان وفرنسا) يتقلص المدى الترددي قليلا وبالتالي يتقلص عدد القفزات إلى 23 قفزه)

وبالتالي حيث أن أي جهازين يرسلوا بشكل تلقائي فلن يحصل أن يرسلوا الإثنين في نفس التردد وفي نفس الوقت
يستخدم تقنية ال "بلوتوث" تقنية gausian frequencey shift keying GFSKأو الترحيل الترددي الجاوسي
حيث يمثل البت "1" بترحيل ترددي موجب ""positive frequency deviation" والبت "o" بترحيل ترددي سالب "negative frequency deviation

مدى استهلاك القدرة power consumption
إن تقنية ال"بلوتوث لا تستهلك كمية كبيرة من القدرة . بل إن تصميم ال"بلوتوث" أو bluetooth specification يحدد استهلاك القدرة في وضع ال"السكون" أو وضع الـ ”hold” حوالي 30 ميكروأمبير بينما في وضع الإرسال فيأخذ مدى للاستهلاك من 8 إلى 30 ميللي أمبير(أو أقل من (1/10) من الوات) حيث نجد أن جهاز المحمول mobile يستهلك 3 وات في عمليات الإرسال والاستقبال أي أن شريحة ال"بلوتوث" في وضع الاستعداد standby لا تستهلك إلا أقل من 3% من الاستهلاك العام وهذا مقدار ضئيل مما تعد من إحدى مزايا "بلوتوث"
الآن سنتعرف على خصائص جهاز الإرسال والاستقبال ل أنظمة "بلوتوث"
خصائص جهاز الإرسال لـ "بلوتوث"
مستويات استهلاك القدرة power classes:
إن الأجهزة التي تدعم ال"بلوتوث" تنقسم إلى 3 مستويات من حيث القدرة
مستوى قدرة أول power class 1: وهو مصمم لأجهزة المدى الواسع(حوالي 100 متر) وفيه أقصى قدرة خارجه 20dBm
مستوى قدرة ثان power class 2: وهو مصمم للأجهزة ذو المدى العادي(حوالي 10متر) بأقصى قدرة خارجة 4dBm
مستوى قدرة ثالث power class 3: : وهو مصمم للأجهزة ذو المدى القصير(حوالي 10سم) بأقصى قدرة خارجة 0dBm
خصائص التعديل الموجي modulation characteristics:

تستخدم تقنية ال"بلوتوث" – كما سبق وذكرنا - في عملية التعديل الموجي خاصية الترحيل الترددي الجاوسي gaussian frequency shift keying(GFSK ) حيث ال تمثيل الرقمي (1)"البت(1) يمثل بترحيل موجي موجب positive freq. Deviation والتمثيل الرقمي (0)"البت 0" يمثل بترحيل موجي سالب.(لفهم ذلك يكون من الأفضل للقارئ قراءة بعض من تقنيات الاتصالات الرقمية )

السماحية الترددية للنقل radio frequency tolerance

قلنا فيما سبق أن تقنية ال"بلوتوث"تستخدم القفز الترددي للحلول دون تداخل الإشارات مع الأجهزة العاملة في نفس المدى الترددي ISM ولكن التردد الابتدائي للنقل يجب أن يكون له دقة ±75 كيلوهرتز بما يسمى "دقة التردد الابتدائية " وهي تعرف أنها دقة التردد الابتدائي للإرسال قبل إرسال أي معلومات..

خصائص جهاز الاستقبال

مستوى الحساسية sensitivity tolerance:
إن جهاز الاستقبال لـ " بلوتوث " له مستوى حساسية بحيث لا يتعدى bit error rate(BER) له 0.1% وهذا
( -70dBm أو أحسن )

تصحيح الأخطاء
ذكرنا سابقا أن الإرسال يتم بإرسال قطع packets من البيانات مع كل قفزة ترددية للإرسال وهذا في الإرسال يسهل عملية تصيح الأخطاء في جهاز الاستقبال حيث تستخدم طريقة forward error check والذي يكشف عن the header لكل قطعة packet مرسلة ( كل packet له بتات كرأس header تسبق المعلومات للتأكد من خلو الإرسال من الأخطاء وذلك بالكشف عن الـ (header ) )

. و هنا نتحدث عن الطبقات التاليه لل radio :-

طبقة ال Baseband :

أن طبقة ال Baseband هي الطبقة التي تتحكم في الطبقة السابقة ألا وهي Radio حيث أن عملية القفزه التردديه تتم عن طريق هذه الطبقة .
كما أن طبقة Baseband ممكن أن تقوم ببعض أنواع التشفير للبيانات المرسلة (و في نفس الوقت فك التشفيرللبيانات المستقبلة) وتوفيرالأمان للإرسال
والإستقبال من التداخل و التجسس...وإن إرسال واستقبال البيانات المقطعة (على شكل packets) عبر الشبكه اللاسلكيه يتم أيضا عن طريق هذه الطبقة
هناك نوعين من أنواع التشبيك أو الربط links ممكن استخدامه :

1- التوصيل الموجه المتزامن Synchronous Connection Oriented (SCO): وهي معنيه بأن تكون البيانات المتراسلة متزامنه مثل الأصوات خاصة
2- التوصيل الغير متزامن Asynchronous Connection Less(ACL): و هي معنية بتطبيقات نقل البيانات الغير محتاجة لنقل متزامن


إذا إن وظائف طبقة Baseband لازمه للأجهزه كي تزامن توقيتاتها أو ما يسمى clock لديها وبالتالي البدء في التوصيل والربط وأيضا يشمل ذلك
عملية مسح لتحديد عناوين لكل جهاز في المدى القريب لتكوين شبكة(كما سيأتي ذكره) الربط بين الأجهزه المدعمة لل"بلوتوث"
كم أن عملية "تصحيح الأخطاء" Error Correction لقطع البيانات المنقلة packets تختلف حسب نوع القطع المنقله وصيغة تصحيح الخطأ بها


طبقة" معيار إداره الربط"Link Manager Protocol(LMP)

إن وظيفة هذه الطبقة يمكن تصنفيها في:
- إداره شبكة Piconet Managment
- تضبيطات الربط Link Configuration


إداره Piconet:

Piconet عاره عن شبكه صغيره مكونة من مجموعه من الأجهزه (طبعا المشتركه في "البلوتوث") على نفس القناه channelو المعرفه بالمسار القفزي الترددي(أي المعرفه على قفزات تردديه معينة ومحدده). وواحد من هذه الأجهزه- وغالبا هو الجهاز الذي بدأ عملية الربط initiated the connection يسمى " السيد" master أو الرئيسي. وصولا إلى سبعة (7) أجهزه ممكن توصيلها بهذا master كخادمين slaves وأيضا أكثر من هذا العدد ممكن إضافته في حالة الإنتظار parked state (القليل الإستهلاك للقدره power بالطبع)
إن الأجهزه الموصلة بشبكة piconet بإمكانها أن تتواصل فيما بينها عبر نوعي الربط السابقين سواء ACL أو SCO حسب محددات النقل و نوع البياناتdata packets (انظر فوق)
إن مشاركه القناه تحدد بواسطة الجهاز ال رئيسي master بمساعده مدير الربط link manager في كل جهاز متصل به
إذا:
لإتصال أي جهازين أو أكثر عبر ال "بلوتوث" يجب إنشاء شبكة piconet بينهم ( مع ملاحظة أن الأجهزه ممكن أن تكون جزء من عده piconets في نفس الوقت) والشكل التالي يوضح مخطط master , slaves




إذا ...طبقة LMP تقوم بوظائف عملية اضافة إو ازالة slaves من أي piconet باإضافة بأنها تتيح التحويل بين الأدوار بين الأجهزه ( بحيث تحول أي جهاز خادم slave إل master والعكس)
كما أن طبقة LMP تهيىء الوضع القليلة القدره low power modes ( مثل park state المذكوره ) وذلك لتوفير القدره المستهلكه عندما لا يرسل الجهاز أي بيانات.

تضبيطات الربط link configuration:

يتضمن تضبيط الربط عمليه تهيئة خصائص الربط link parameter وأيضا "كفاءه الخدمه " Quality of service(QoS) وأيضا
التحكم في كمية القدره المستهلكة كما ذكرنا سابقا .. بالإضافة إلى أن خاصية السماحيه أو إعطاء الإذن للأجهزه authentication لكي تدخل في الربط من وظائف هذه الطبقة...


طبقة معيار التحكم المنطقي للربط Logic Link Control &Adaption Protocol(L2CAP)
هذا المعيار يضم معظم التطبيقات الموجوده لعملية التراسل ....و وظيفة طبقة L2CAP الأساسية :
التخليط أو المشاركة Multiplexing:
إن هذا المعيار يسمح لعده تطبيقات لإستخدام خط ربط link بين جهازين أو أكثر في نفس الوقت
التقسيم وإعاده التجميع Segmentation &Reassembly:
إن هذا المعيار يجب أن يصغر حجم قطع البيانات data packets القادمه منجهاز تحت بند تطبيق معين إلى الحجم المناسب للإستقبال عن طريق baseband ..(حيث أن L2CAP نفسه يقبل packets حجمها 64 كيلو بت بينما baseband يستقبل حمل من الـ packets مقداره 2745 بت)
بالإضافة إلى أن العمليه العكسيه تتم أيضا عبر هذا المعيار
كفاءة الخدمه Quality os Service
إن طبقة L2CAP يسمح للتطبيقات المختلفة لتحديد كفاءه الخدمه للنقل QoS للـ parameters الخاصة بالنقل مثل peak Bandwidth و
Delay variation (تغير التأخير)
وبالتالي إن L2CAP هي طبقة تعتبر Interface للتطبيقات و الطبقات الأعلى

واجهة تحكم العائل Host Controller Interface(HCI)
التركيب الأساسي الذي يبين كيفية طبقات تحكم العائل داخل المعيار (بلوتوث)
مبين في الشكل التالي


ملحوظة : الشكل السابق من أهم الأشكال التوضيحية في سلسلة المقالات هذه

مهم:
في كثير من الأجهزة تضاف شريحة الـ "بلوتوث" Bluetooth Enabling module كبطاقة منفصلة separating card سواء على جهاز حاسب شخصي أو جهاز حاسب محمول laptop وأن هذه البطاقة ممكن إضافتها ك PCI card أو كـ USB adapter
إن جزء الـ Hardware module ( الشريحة ) عادة يتكون من الطبقات الدنيا الراديو radio وطبقة Baseband وطبقة LMP.وبعد ذلك البيانات المرسلة إلى طبقة LMP و baseband تنتقل خلال أي وسط ناقل مثل USB ......
لذلك فإن وجود تعريف driver لهذا المسار USB ضروري عل جهاز العائل (ألا وهو الحاسب هنا) وكذلك وجود ما يسمى " واجهة تحكم العائل " ”Host Controller Interface " على شريحة ال"بلوتوث" Bluetooth Module
ضروري لتقبل هذه البيانات المرسلة عبر وسيلة النقل الفيزيائية USB

إذا ..لو كانت الطبقات العليا ( L2CAP والأعلى منها) عبارة عن Software وكانت الطبقات الدنيا عبارة عن Hardware فإن هناك طبقات زائدة من الضروري وجودها ليتم العمل بين الطبقات العليا والدنيا وهي موضحة في الرسم السابق وهي مكونات طبقة HCI

تعريف HCI “HCI Driver”
تعريف واجهة تحكم العائل HCI وهي موجودة في "العائل" مباشرة بعد physical bus(USB Or any transmission data bus) وهو عبارة عن برنامج أوsoftware يصنف البيانات المستقبلة عن طريق Host Controllerالموجود على شريحة ال"بلوتوث"

واجهة تحكم العائل المخزنة على الشريحة Host Controller Interface Firmware :وهي موجودة على شريحة ال"بلوتوث" وهي تتقبل الاتصال عبر الوسط الناقل الفيزيائي (مثل USB)
طبقة Host Controller Transport Layer: وهي الطبقة الوسطية Intermediate Layer بين الـ HCI driver وHCI firmware وهي توفر عملية النقل الفيزيائي للبيانات دون معرفة هويتها (وسط ناقل أو شكل للنقل )وهنا ثلاث وسائط معينين لل"بلوتوث" هم USB و RS232 وUART وإن العائل يحصل على البيانات المرسلة بـ HCI دون اهتمامه بأي طريقة تم إرسالها .


طبقة التطبيقات Application Layer
إن طبقة L2CAP ممكن الوصول لها من خلال التطبيقات مباشرة (والموجودة على العائل) أو من خلال بعض المعيارات (البروتوكولات) المدعمة مثل RFCOMM و SDP (سيأتي ذكرهم) .كذلك إن التطبيقات ممكن أن تستخدم بروتوكولات أخرى مثل TCP/IPو WAP والتي يسمح ال"بلوتوث" بالعمل فيها..وكذلك يمكن للتطبيقات أن تستخدم بروتوكولات PPP(Point-to Point Protocol) وكذلك FTP(File Transfer Protocol) حسب الحاجة إليهما في نقل البيانات والملفات .

وقبل ذكر التطبيقات التي تقدمها تقنية ال"بلوتوث" دعونا نعرف الأتي:

الكشف عن الخدمة SDP(Service Discovery Protocol)
إن SDP يشكل وسيلة للتطبيقات للكشف عن الخدمة المتاحة ويحدد خواص هذه الخدمة بين التطبيقات..
إن هذا المعيار ضروري لبيئة عمل ال"بلوتوث" حيث أن هناك مجموعة من الخدمات الموجودة والمتغيرة ديناميكيا حسب الأجهزة المحيطة (وجود مجموعة من الأجهزة في مكتب والمدعمة ل"بلوتوث" تحتاج إلى خدمات غير المجموعة في المنزل..وهكذا) وهي بذلك تضع عنوان لكل خدمة و كل مجموعة عمل.
وهذه الخدمة تستخدم خاصية request/response حيث أن كل إجراء يتطلب "طلب "واحد request وحدة بيانات (Protocol Data Unit PDU) و "استجابة" واحدة Responseلـ PDU أيضا...والشكل الموضح يبين الطلب و الاستجابة بين جهازي العميل والمزود..لإجراء تطبيق


معيار RFCOMM
معيار RFCOMM عبارة عن معيار نقل بسيط يشكل مضاهاة للنقل عبر RS232 التسلسلي وذلك عبر طبقة L2CAP المشروحة سابقا...ويدعم RFCOMM حتى 60 اتصال متزامن (في نفس الوقت) بين جهازين مدعمين ل"بلوتوث"..ويحدد عدد الوصلات بين جهازي "بلوتوث" خصائص الجهاز نفسه..

بعض التطبيقات الموجودة:
اثنين في هاتف واحد: حيث أن handset الهاتف ممكن أن يعمل ك انتركم intercom داخل مكتب (دون تكلفة إضافية) أو تستخدم ك هاتف خلوي .
خدعة الحقيبة : طالما أن ال"بلوتوث" لا يحتاج إلى اتصال موجه مباشر Line of sight إذا من الممكن للجهاز الخلوي أن يتصل بحاسبك الشخصي Laptop والموجود في حقيبتك لتبادل ال email مثلا أو أي بيانات..دون الحاجة للتوصيل المباشر ...

التزامن التلقائي بين الأجهزة:
إن الاتصال عبر ال"بلوتوث" بين جهاز الحاسب الشخصي مثلا والمفكرة الشخصية PDA
والمحمول .في نفس الوقت يتيح للتطبيقات (على كل جهاز) للتزامن فيما بينها لغرض ترتيب المواعيد مثلا أو أي بيانات مشتركة أو يمكن تداولها

سماعات الرأس اللاسلكية:
وهذا التطبيق يمكن المستخدم سماعات الأذن المدعمة ل"بلوتوث"بالإتصال ب جهاز المحمول مثلا (وهو في جيبك) أو المسجلات وأجهزة الصوت Audio devices للإستماع للموسيقى عن بعد.

الإستخدام في السيارة:
حيث تتيح تقنية بلوتوث للسائق للتحدث للهاتف دون الحاجة للوصول إليه.

بعض التطبيقات الأخرى والمفيده:
مثل التحكم في الأدوات المنزلية ومشاركة البيانات أثناء الاجتماعات مثلا
بالإضافة إلى عمل اختبار للأجهزة المستخدمة في المصانع بينما أنت تتنقل بينها
وغيرها الكثير

كيف يتم عمل اتصال بين جهازي بلوتوث:

إن ال "بلوتوث" يدعم اتصال بين جهازين أو ما يسمى point-to point connection أو عده أجهزة أو point-to-multipoint connection وإن عدة شبكات الـ piconet يمكن عملها وربطها مع شبكات أخرى في نفس الوقت حيث يتم التعرف عن كل piconet بقفزات ترددية مختلفة حيث أن كل شبكة لها قفزه ترددية مختلفة تميزها.

قبل أن يتم أي اتصال بين أي أجهزه داخل ال piconet تكون الأجهزة في حالة standby وفي هذه الحالة يكون الجهاز المتصل في حلة "تسمع" أو "listen" لأي رسائل كل 1.28 ثانية وفي كل مرة "يستيقظ " الجهاز (يكون في حالة active) "يتسمع" الجهاز (يعمل check) لمجموعة من 32 قفزات ترددية frequency hops معرفة لديه (إن عدد 32 قفزه هو الشائع في معظم الدول)....
إن عملية الإتصال في حالة عدم وجود PICONET قائمة أو لم تكوّن بعد حيث يستطيع أي جهاز أن يبدأ في تكوين الشبكة (وبالطبع يكون هو ال MASTER) ويتم ذلك بإرسال رسالة استفسار INQUIRY MASSEGE يتبعه سلسلة متتابعة من رسائل PAGE أو (PAGE MASSEGES) وذلك ليتم التعرف على عنوان الجهاز الجاري الإتصال به ... وفي هذه المرحلة يرسل الجهاز MASTER16 رسائل PAGES متماثلة 16 قفزة ترددية مختلفة معرفة للأجهزة المراد تكوين PICONET معها SLAVES وإن لم يجد أي رد فإنه يرسل PAGES لباقي ال16 قفزه ترددية حتى يتلقى أي رد.

إن رسائل ال INQUIRY تستخدم للبحث عن أجهزة ال بلوتوث مثل الطابعة وأجهزة الفاكس وعدة أجهزة التي تدعم ال"بلوتوث" والتي ليس لها عنوان معرف لدى جهاز ال MASTER .

ملحوظة: لو كان عنوان الجهاز معرف مسبقا لدى ال MASTER فيكتفي هنا بمرحلة ال PAGING
في حالة الإتصال وتكوين ال PICONET وفي حالة عدم وجود ارسال (إرسال بيانات) تكون الأجهزة في وضع HOLD MODEوذلك للتوفير في الطاقة المستهلكة. وعندما يتم تبادل البيانات داخل الشبكة ال PICONET يكون في حالة ACTIVE MODE
وهناك حالة ال SNIFF وهي حالة أن يتفاهم ال SLAVE في PICONET بمعدل منخفض أو ما يسمى REDUCED RATE عن طريق تقليل DUTY CYCLE لكن هذه الحالة تتم برمجتها وتعتمد على التطبيق المعني بتبادل البيانات
والشكل الموضح يبين الحالات المختلفة للاتصال داخل ال PICONET




دعونا نتحدث الآن عن الأمان الذي يوفره ال "بلوتوث" :

كما ذكرنا تبث أجهزة البلوتوث إرسالها على موجات الراديو بتردد 2.45 جيجاهيرتز وللحفاظ على اشارات البيانات من عدم التفتيت ينبغي أن تستخدم أجهزة البلوتوث تقنية التردد المتغير (frequency hopping) الذي يخرج من نطاق موجات الراديو 1600 مرة كل ثانية, وسيحسن ذلك من وضوح الصوت ويقلل من التلصص العشوائي حيث يسمح للأجهزة المتزامنة فقط بتبادل الاتصال فيما بينها.
يتميز كل جهاز متوافق مع تقنية البلوتوث بعنوان فريد من نوعه, ويعطي المستخدمين الشعور بالثقة في الطرف الآخر الذي سيستقبل إرسالهم, وبمجرد منح كل مستخدم رقم هوية مميز يمكن تتبع الأفراد وتسجيل أنشطتهم من خلال تتبع العنوان الذي يرسل مع كل رسالة أو بث.
حتى تتصل أجهزة البلوتوث مع بعضها البعض تستخدم عملية البدء كود التعريف الشخصي (PIN), ورغم أن هناك أجهزة تسمح لك بإدخال رقم هوية في كل مرة تسمح لك بعض الأجهزة الأخرى بتسجيل رقم التعريف الشخصي في ذاكرة الجهاز أو القرص الصلب بدلا من إدخاله كل مرة, وبسبب هذه الميزة التي صممت لتسهيل إدخال البيانات انخفضت نسبة الأمان إلى الصفر, وتستخدم أغلب ارقام التعريف الشخصي أربعة أرقام وفي أغلب الوقت تكون عبارة عن أربعة اصفار, وهذا يقلل شعورك بالاطمئنان للشخص الذي تتصل به.
يعتمد الأمان في البلوتوث على الحفاظ على سرية التشفير وجعله قاصرا على المشاركين فقط. تخيل أنك تتحدث مع صديق لك باستخدام الهواتف المحمولة المتوافقة مع البلوتوث واستخدمت مفتاحا سريا للحفاظ على سرية هذه المكالمة, وفي نهاية اليوم اتصل بك صديق مرة أخرى واستخدم نفس المفتاح السري.. وبمعرفة هذا المفتاح يمكن لأي فرد أن يزور عنوان جهازك ويحدد التشفير ويستمع إلى كل محادثاتك الهاتفية, بل ويستطيع انتحال شخصيتك أو شخصية صديقك, ذلك لأن تقنية البلوتوث تتأكد من صحة الأجهزة وليس الأشخاص.
وإذا كانت هناك العديد من ثغرات الأمان التي يبحث المتخصصون عن علاج لها, فربما يكون بطء ظهور الأجهزة في السوق نعمة خفية على كل من التقنية نفسها ومستخدمي تقنية الاتصالات اللاسلكية.