هر آنچه باید درباره Bluetooth 5 بدانید!
دوشنبه 30 بهمن 1396 1:56 AM
با انتشار اسناد نزدیک به سه هزار صفحه‌ای بلوتوث 5، این فناوری محبوب و نام‌آشنا یک گام دیگر در مسیر تکامل خود برداشته است. آنچه از قابلیت‌های جدید این فناوری برداشت می‌شود، این است که بلوتوث برای کاربردهای اینترنت اشیا سازگاری بیشتری پیدا کرده است. در این نوشتار، به برخی از قابلیت‌های جدید نگاهی خواهیم داشت تا مشخص شود نسخه جدید چگونه به سرعت دو برابر و شعاع پوشش‌دهی چهار برابر نسبت به نسخه قبلی این استاندارد دست یافته است.
از ابتدای شکل‌گیری بلوتوث، این فناوری همواره بر پایه یک شبکه با توپولوژی ستاره‌ای بنا شده است. (شکل 1، تصویر سمت چپ) در توپولوژی ستاره‌ای همه دستگاه‌ها به یک گره مرکزی متصل هستند. برای مثال، اگر بخواهید چندین موبایل را با بلوتوث به یکدیگر متصل کنید، یکی از موبایل‌ها باید در نقش گره مرکزی عمل کند و ارتباط سایرین از طریق آن برقرار می‌شود. اما توپولوژی ستاره‌ای با آنکه مدیریت ساده‌تری دارد، شعاع پوشش‌دهی آن محدود است و کاربرد آن را برای اینترنت اشیا محدود می‌سازد. به عنوان نمونه، خط تولید یک کارخانه را با صدها حسگر هوشمند در نظر بگیرید که وضعیت آنی محیط را باید به اطلاع مرکز کنترل برسانند. در این سناریو، یک شبکه با توپولوژی ستاره‌ای نمی‌تواند گزینه مطلوبی باشد.
در سال‌های گذشته، طرف‌داران این فناوری تلاش‌هایی غیررسمی برای سازگار کردن بلوتوث با کاربردهای جدید داشته‌اند. درنهایت در نسخه پنجم استاندارد بلوتوث، توپولوژی مش به طور رسمی تعبیه شده است تا محدودیت‌های موجود کنار گذاشته شود و بلوتوث به‌صورت گزینه‌ای مناسب برای پیاده‌سازی اینترنت اشیا دربیاید. در توپولوژی مش، هر گره با تمام گره‌های دیگر می‌تواند در ارتباط باشد (شکل 1 تصویر سمت راست) و بنابراین شعاع پوشش‌دهی و ظرفیت انتقال داده در شبکه به‌میزان زیادی بهبود می‌یابد.
شکل 1
افزودن ساختار مش به پشته پروتکلی بلوتوث و برخی اقدامات دیگر نظیر افزایش حداکثر توان قابل ارسال از 10 میلی‌وات به 20 میلی‌وات و اضافه کردن قابلیت تصحیح خطا به لایه فیزیکی، این مزیت را نیز به وجود آورده است که بلوتوث دیگر محدود به فضای بسته نباشد و سیگنال‌های آن بتواند از میان موانع عبور کند. تا قبل از این، فناوری‌های رقیب همچون وای‌فای و زیگبی از محدود بودن بلوتوث به فضای بسته حداکثر استفاده را برده‌اند. حالا که این محدودیت برداشته شده است، کاربردهای جدیدی برای بلوتوث نظیر خانه‌های هوشمند قابل تعریف است. به این نکته نیز باید توجه داشت که فناوری بلوتوث تقریباً در همه گوشی‌های موبایل گنجانده شده است و این امتیازی است که فناوری‌هایی همچون زیگبی از آن بی‌بهره هستند.
شرایط جدید به بازنگری در قابلیت beaconing منجر شده است. این قابلیت از سال 2013 در استاندارد بلوتوث موجود بوده، اما تاکنون چندان جدی گرفته نشده است. در بخش بعدی، جایگاه beaconing را در نسخه جدید بلوتوث بررسی می‌کنیم.
به بیان ساده، beaconing راهی برای تبادل پیام‌های خیلی کوتاه بین دستگاه‌های مجهز به بلوتوث و یا ردیابی آن‌ها است، بدون اینکه نیاز به جفت کردن (pairing) دستگاه‌ها باشد. این قابلیت می‌تواند بسیار کاربردی باشد. به طور مثال، فروشگاهی را در نظر بگیرید که تجهیزات ارسال beacon را در بخش‌های مختلف از جمله صندوق ورودی و راهروهای مختلف کار گذاشته باشد. (شکل 2) تجهیزات مربوط بسیار کوچک و با ابعاد چند سانتی‌متری هستند و در زمان‌های متناوب سیگنال‌های beacon را منتشر می‌سازند که حجم کمی داده روی آن قرار دارد. با توجه به حجم کم اطلاعات، توان ارسالی نیز ناچیز است؛ بنابراین، دستگاه‌های مذکور می‌توانند سال‌ها بدون تعویض باتری کار کنند.
شکل 2
حال یک مشتری را در نظر بگیرید که وارد فروشگاهی پر از دستگاه‌های ارسال beacon بشود. اگر گوشی موبایل وی قابلیت دریافت سیگنال‌های beacon را داشته باشد، می‌تواند اطلاعاتی را درباره کالاهای قفسه‌ای که کنار آن ایستاده به دست آورد. کاربردی بودن این فناوری در فروشگاه‌ها، موزه‌ها، مراکز تفریحی و سایر مکان‌های عمومی کاملاً مشخص است. با توجه به یک‌طرفه بودن سیگنال‌های beacon، ریسک افشای حریم شخصی آن‌ها نیز پایین است.
تا قبل از نسخه 5 بلوتوث، طول پیغام‌ها حداکثر 31 بایت در نظر گرفته شده بود که با انتشار این نسخه به 255 بایت رسید و در نتیجه می‌توان کاراکترهای متنی را با آن جابه‌جا کرد. ارسال سیگنال‌های راهنما تنها از این جهت مفید است که نیازی به جفت شدن دو گوشی قبل از آن نیست. برای ارسال داده با سرعت بالاتر در بلوتوث نیز تمهیداتی اندیشیده شده است.
حداکثر نرخ انتقال داده در بلوتوث نسخه 5، برابر با 2 مگابیت بر ثانیه است که دو برابر نسخه قبلی است. این افزایش نرخ با تغییر در کارکرد لایه فیزیکی حاصل شده است. البته این مقدار خیره‌کننده نیست، اما به هر حال می‌تواند برای آن دسته از کاربردهای اینترنت اشیا که نیاز به پهنای باند بیشتر و تأخیر ناچیز دارند، برای مثال کنترل روبات‌های جراح در صنعت پزشکی مفید باشد. یکی دیگر از مزیت‌های نرخ بالاتر انتقال داده این است که حسگرهای هوشمند که داده‌ها را به تناوب ارسال می‌کنند، می‌توانند تعداد دفعات ارسال را کاهش و حجم
هر پیغام را افزایش دهند. این رویکرد کاهش مصرف انرژی را در پی دارد که در اینترنت اشیا حیاتی است.
در پایان این بخش باید اشاره کرد که دو برابر شدن نرخ نسخه جدید یک مقدار تئوری است و در عمل افزایش نرخ تا این حد نخواهد بود. با توجه به بررسی‌های انجام شده، افزایش نرخ واقعی حدود 1.7 برابر است. البته این مقدار نیز تحت تأثیر سایر شبکه‌های بی‌سیم است که روی فرکانس آزاد 2.4 گیگاهرتزی کار می‌کنند و در واقع روی شبکه بلوتوث تداخل ایجاد می‌کنند. در نتیجه این پرسش مطرح می‌شود که بلوتوث 5 تا چه میزان با سایر شبکه‌ها سازگار است؟
تداخل فرکانسی همواره یک چالش اساسی در ارتباطات بی‌سیم بوده است. اینترنت اشیا نیز این مشکل را تشدید می‌کند، چراکه تراکم مکانی ارتباطات بی‌سیم افزایش می‌یابد. طراحان استاندارد بلوتوث نیز به این موضوع توجه داشته‌اند و راهکارهایی برای سازگاری و هم‌زیستی بلوتوث با سایر تجهیزات فرکانس آزاد ارائه کرده‌اند. یکی از این امکانات SAM (سرنام Slot Availability Masks) است که از تداخل بلوتوث روی شبکه مخابرات سلولی جلوگیری می‌کند. تکنیک SAM به طور ساده این گونه کار می‌کند که فرستنده بلوتوث فرکانس‌های مورد استفاده در محیط توسط شبکه‌های مخابرات سلولی را پایش و از ارسال اطلاعات روی آن‌ها خودداری می‌کند.
در آستانه سال جدید میلادی، مؤسسه معتبر گارتنر اینترنت اشیا را یکی از گرایش‌های مطرح امسال ارزیابی کرده است. البته روند رو به رشد بازار اینترنت اشیا نیز بر این پیش‌بینی صحه می‌گذارد. بنابراین، طبیعی است استاندارد‌های شبکه در نسخه‌های جدید خود به اینترنت اشیا توجه نشان داده و سازگاری با آن را ملاک طراحی قرار دهند. یکی از این استانداردها، بلوتوث است که در این نوشتار قابلیت‌های جدید آن را که در نسخه 5 لحاظ شده بررسی کردیم. البته بهبودهای حاصل شده برای همه کاربردهای این فناوری مفید است، از جمله انتقال فایل بین دو گوشی موبایل که خیلی از ما بلوتوث را با این ویژگی می‌شناسیم. اما به نظر می‌رسد هدف اصلی در نگارش نسخه جدید بلوتوث، توانمند‌سازی آن برای پیاده‌سازی اینترنت اشیا باشد. در این راستا، می‌توان به افزودن توپولوژی مش به استاندارد که شعاع پوشش‌دهی آن را افزایش داده و تکنیک‌هایی برای نرخ بالاتر انتقال داده اشاره کرد. همچنین، سیگنال‌های راهنما نیز امکان انتقال داده را بدون انجام سیگنالینگ فراهم می‌سازد.
اینکه قابلیت‌های جدید با استقبال کاربران مواجه شود و بلوتوث را در عرصه رقابت بازار اینترنت اشیا مطرح کند، گذشت زمان مشخص خواهد کرد. با توجه به اینکه فناوری بلوتوث در اکثر گوشی‌های موبایل تعبیه شده است، احتمال موفقیت برای آن کم نیست
