بلوتوث چیست ؛ کاربرد و انواع نسخه های بلوتوث

بلوتوث محبوب‌ترین استاندارد بی‌سیم در جهان برای تبادل داده در مسافت‌های کوتاه است. از آنجا که بلوتوث یک حالت راحت و ایمن از ارتباطات را بین تمام دستگاه‌ها ارائه می‌دهد، به عنصری اساسی در دنیای پیشرفته فناوری و ارتباطات امروزی تبدیل شده است. 

تکنولوژی‌های گوناگون در عصر حاضر باعث ایجاد ارتباطات گسترده و یکپارچه شده‌اند. ما برای ارتباط و انتقال داده‌ها با دوستان و خانواده در زندگی روزمره از فناوری‌های زیادی کمک می‌گیریم. یکی از محبوب‌ترین فناوری‌های موجود، بلوتوث است که در بیشتر دستگاه‌هایی که روزانه از آن‌ها استفاده می‌کنیم، وجود دارد؛ فناوری بی‌سیمی که ماوس و صفحه‌کلید را به رایانه‌های ما، تلفن همراهمان را به اتومبیلمان و ساعت‌های هوشمند و ایرپادهای ما را به تلفن‌های هوشمندمان متصل می‌کند.

بلوتوث عملکرد فوق‌العاده با‌ارزشی دارد که احتمالاً به علت استفاده‌ی مداوم از آن، دیگر ذهنمان به سمت چگونگی روش کار این تکنولوژی نمی‌رود؛ اما آیا تاکنون به این فکر کرده‌اید که چگونه یک تکنولوژی سال ۱۹۹۴، تا به این حد در زندگی‌های امروزی مهم شده است؟ شاید بهتر باشد از خودمان بپرسیم بلوتوث دقیقاً چیست و چگونه کار می‌کند؟ اگر شما هم جواب این سؤال را نمی‌دانید و مشتاق دانستن نحوه‌ی کار بلوتوث و تاریخچه‌ی آن هستید با زومیت همراه باشید

در سال ۱۹۹۳، دکتر یاپ هاردسون کار روی سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم داخلی را آغاز کرد. او وظیفه داشت راه‌ حلی برای ارتباطات رادیویی کوتاه‌برد بیابد تا به تلفن‌های همراه امکانات کاربردی و نوینی اضافه و فروش بیشتر را امکان‌پذیر کند. این‌گونه بود که استاندارد بلوتوث توسط دکتر هاردسون در سال ۱۹۹۴ ابداع شد.

این استاندارد از روی نام یک پادشاه مشهور وایکینگ، هارالد بلوتاند گورمسون (به انگلیسی: هارالد بلوتوث گورمسون) که در قرن دهم، دانمارک و نروژ را متحد کرد، نام‌گذاری شد. لوگوی بلوتوث از حروف اولیه نام پادشاه هارالد بلوتوث (ᚼ و ᛒ) در زبان و خط رونی شمال اسکاندیناوی گرفته شده است. از آنجا که بلوتوث باعث اتحاد و اتصال دستگاه‌ها به یکدیگر می‌شود، نام این تکنولوژی را بر اساس نام این پادشاه که متحدکننده‌ی قبایل دانمارک بوده است، انتخاب کرده‌اند.

در سال ۱۹۹۶ سه رهبر صنعتی یعنی اینتل، اریکسون و نوکیا برای حمایت از ارتباط و همکاری محصولات و صنایع مختلف با هم ملاقات کردند تا بتوانند برنامه‌‌ای برای استاندارد‌سازی این تکنولوژی رادیویی کوتاه‌بُرد تدوین کنند. در طول این نشست، جیم کاردک از اینتل، بلوتوث را به‌عنوان یک اسم رمز موقت پیشنهاد کرد. بعدها به نقل از کاردک نوشته شد:

پادشاه هارالد بلوتوث برای متحدسازی اسکاندیناوی مشهور بود. ما نیز قصد داشتیم صنایع کامپیوتری و سلولی را به‌وسیله‌ی اتصال بی‌‌سیم کوتاه‌برد باهم متحد کنیم.

بنابراین «بلوتوث» فقط به‌عنوان یک نام موقت روی این تکنولوژی گذاشته شد تا سر فرصت یک نام تجاری بزرگ و چشمگیر جایگزین آن شود؛ اما پیش از انتخاب یک نام جدی، به قدری سر زبان‌ها افتاده و گسترش یافته بود که از آن به‌عنوان مترادفی برای فناوری بی‌سیم برد کوتاه استفاده می‌شد.

زمانی‌که اریکسون سوئد و IBM، ایده اتصال بی‌سیم تلفن همراه به لپ‌تاپ و در نتیجه اتصال شبکه سلولی به رایانه را بررسی می‌کردند، ایده‌ی اتصال بلوتوث آغاز شد. از همان ابتدا توافق شد که این فناوری یک استاندارد صنعتی باز باشد؛ به این معنی که هر کسی می‌تواند از آن استفاده کند. اندکی پس از شروع توسعه بلوتوث و پیش از تشکیل گروه SIG در سال ۱۹۹۸، شرکت‌های اینتل، توشیبا و نوکیا به اریکسون و IBM پیوستند. گروه SIG که تا به امروز استاندارد و بازنگری‌های بعدی بلوتوث را تدوین می‌کند، در پایان سال ابتدایی تأسیس خود بیش از ۴۰۰ عضو داشت و اخیراً تعداد اعضای آن به بیش از ۳۰ هزار عضو می‌رسد.

از این تکنولوژی برای اولین‌ بار در سال ۱۹۹۹ در یک هدست تلفن همراه بی‌سیم (تصویر بالا) استفاده شد که توانست جایزه‌ی بهترین نمایش فناوری در نمایشگاه COMDEX را به دست بیاورد. مشخصات بلوتوث 1.0 در آن سال رسماً معرفی شد که به عرضه اولین تراشه‌های مجهز به بلوتوث، دانگل‌ها، ماوس‌ها، کارت‌های بی‌سیم رایانه و تلفن همراه در سال ۲۰۰۰ منجر شد.

اولین تلفن همراه مجهز به بلوتوث، اریکسون T36 بود؛ اما این مدل T39 اصلاح‌شده بود که توانست در سال ۲۰۰۱، قفسه‌ی فروشگاه‌ها را به خود اختصاص بدهد. این محصول به کاربران خود یک صفحه‌نمایش LCD تک‌رنگ ۱۰۱ در ۵۴‌ پیکسل، اتصال GSM سه‌بانده، اینترنت WAP و حافظه کافی برای ذخیره حداکثر ۱۰۰۰ مخاطب ارائه می‌داد.

همان‌طور که خواندید، بلوتوث توسط اریکسون در سال ۱۹۹۴ به‌عنوان جایگزینی برای کابل‌ انتقال داده‌ی RS-232 ایجاد شد. بلوتوث برای برقراری ارتباط با دستگاه‌های اطراف از انتقال رادیویی استفاده می‌کند. 

تفاوت بلوتوث با دیگر تکنولوژی‌های رادیویی در طول برد کوتاه آن است. اگر برایتان سؤال است که تفاوت وای‌فای با بلوتوث چیست، باید بدانید وای‌فای و بلوتوث هر دو از فناوری‌های بی‌سیم برای اتصال دستگاه‌ها هستند. از وای‌فای در درجه‌ی اول برای اتصال دستگاه‌ها به اینترنت استفاده می‌شود؛ اما بلوتوث برای انتقال داده‌ها از طریق دستگاه‌های الکترونیکی در فواصل کوتاه کاربرد دارد. 

 رادیو و تلویزیون بردی بیش از صدها کیلومتر دارند؛ اما فناوری بلوتوث فقط در فاصله ۱۰۰ متری وجود دارد و داده‌ها را در شبکه شخصی (PAN) ارسال می‌کند. دستگاه‌های دارای بلوتوث با استفاده از امواج رادیویی کم‌مصرف در یک باند فرکانسی بین ۲٫۴۰۲ گیگاهرتز و ۲٫۴۸۳۵ گیگاهرتز ارتباط برقرار می‌کنند. این یکی از محدود باندهایی است که با توافق‌نامه بین‌المللی برای استفاده از تجهیزات صنعتی، علمی و پزشکی (ISM) رزرو شده. بلوتوث در ۷۹ فرکانس مختلف از طیف موج رادیویی ۲٫۴ گیگاهرتز کار می‌کند. هنگامی که دو دستگاه می‌خواهند به هم متصل شوند، یکی از این ۷۹ کانال را به‌طور تصادفی انتخاب می‌کنند و اگر کانالی در استفاده باشد، کانال دیگری را امتحان می‌کنند. هنگام ارسال داده‌ها، بلوتوث تمام داده‌ها را به بسته‌های کوچک‌تر و قابل انتقال تقسیم می‌کند. وقتی بسته‌ها تقسیم شدند، به‌صورت جداگانه از طریق این ۷۹ باند ارسال می‌شوند.

اتصال دو دستگاه دارای بلوتوث به یکدیگر با فرایند جفت‌ شدن (Pairing) آغاز می‌شود. هر دستگاه دارای بلوتوث می‌تواند به سایر دستگاه‌های بلوتوث‌دار متصل شود؛ به شرط آنکه دو دستگاه در نزدیکی یکدیگر باشند و اجازه‌ی اتصال به یکدیگر، به آن‌ها داده شده باشد.

تراشه‌های کوچکی داخل دستگاه‌های بلوتوث‌دار قرار دارد که دستگاه‌ها می‌توانند از طریق این تراشه کوچک رایانه‌ای که امواج رادیویی بلوتوث خاصی منتشر می‌کند، با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. برای ایجاد ارتباط، ابتدا باید این تراشه را روشن یا همان گزینه‌‌ی بلوتوث را فعال کنید.

ارتباط بین دو دستگاه مجهز به بلوتوث از طریق یک شبکه کوتاه‌برد به نام پیکونت (piconet) اتفاق می‌افتد‌. پیکونت، شبکه‌ای از دستگاه‌های متصل به بلوتوث است. وقتی رایانه خود را به صفحه‌کلید‌، مانیتور، ماوس و بلندگوهای مجهز به بلوتوث متصل می‌کنید، همه این دستگاه‌ها پیکونت بلوتوث خود را تشکیل می‌دهند؛ اما به‌صورت جداگانه با یکدیگر ارتباط پیدا نمی‌کند؛ بلکه یک دستگاه، پایانه‌ی اصلی خواهد بود و سایر دستگاه‌ها به آن متصل می‌شوند. پیکونت‌ها به‌طور خودکار ایجاد می‌شود؛ بنابراین هنگامی که دستگاهی مانند صفحه‌کلید را نصب کنید و در محدوده پیکونت قرار دارید، صفحه‌کلید به‌طور خودکار به سیستم متصل می‌شود؛ اما اگر از محدوده خارج شوید، صفحه‌کلید به‌طور خودکار از پیکونت خارج می‌شود. اگر صفحه‌کلید را دوباره به محدوده قبلی برگردانید، باز هم به‌طور خودکار به سیستم وصل خواهد شد.

نکته جالب دیگر این است که هر دستگاه در یک پیکونت می‌تواند به‌طور هم‌زمان به حداکثر ۷ دستگاه دیگر در آن پیکونت متصل شود. همچنین هر دستگاه می‌تواند به‌طور هم‌زمان به چندین پیکونت تعلق داشته باشد.

یک سؤال قابل تأمل این است که اگر فناوری بلوتوث در محدوده ۲٫۴ گیگاهرتز کار می‌کند؛ پس چگونه گوشی شما به‌طور تصادفی با گوشی شخص دیگری (حتی اگر هر دو در یک باند فرکانس مشابه کار کنند) تداخل پیدا نمی‌کند؟

این وظیفه به عهده‌ی قابلیت پرش فرکانسی تطبیقی بلوتوث (APH) است. APH به‌منظور کاهش تداخل بین دستگاه‌های بی‌سیمی که به‌طور مشترک از طیف ۲٫۴ گیگاهرتز استفاده می‌کنند، طراحی شده است. APH به‌صورت پویا در محدوده فرکانس حرکت می‌کند تا از هر فرکانس موجود در طیف تعیین‌شده استفاده کند.

دو نوع فناوری بلوتوث وجود دارد: بلوتوث کم‌مصرف (LE یا BLE) و بلوتوث کلاسیک (BR / EDR) که هر دو با استفاده از یک باند فرکانس مشابه کار می‌کنند. بلوتوث LE محبوبیت بیشتری دارد؛ زیرا برای کار کردن به انرژی کمتری نیاز دارد و علاوه بر امکان برقراری ارتباط از طریق اتصالات نقطه به نقطه (Point to Point) بین دو دستگاه می‌تواند برای پخش یا شبکه‌های مش استفاده شود. سرعت داده‌ی فناوری بلوتوث کلاسیک کمی بالاتر از بلوتوث LE (۳ مگابایت در مقایسه با ۱ یا ۲ مگابایت) است؛ اما فقط برای ارتباط مستقیم بین دو دستگاه با استفاده از اتصالات نقطه به نقطه قابل استفاده است. هر یک از دو نوع فناوری بلوتوث از نقاط قوت خاص خود برخوردار هستند که تولیدکنندگان متناسب با نیاز محصولات خود باید یکی از آن‌ها را انتخاب کنند.

دستگاه‌های بلوتوث BR / EDR، باید پیش از انتقال داده جفت شوند؛ این روند باعث می‌شود هر دو دستگاه به هم اعتماد داشته باشند و بتوانند با استفاده از رمزگذاری، داده‌ها را به روشی ایمن تبادل کنند. هنگامی که دستگاه‌های بلوتوث BR / EDR در محدوده یکدیگر قرار می‌گیرند، یک مکالمه الکترونیکی برای کسب اعتماد و اشتراک‌گذاری داده‌ها  برقرار می‌شود. در این زمان کاربر معمولاً نیازی به فشار دادن یک دکمه یا صدور یک دستور ندارد؛ بلکه مکالمه الکترونیکی به‌طور خودکار اتفاق می‌افتد. دستگاه‌ها پس از این مکالمه، یک شبکه‌ تشکیل می‌دهند.

لوازم جانبی مجهز به بلوتوث مانند ساعت‌های هوشمند که به یک دستگاه مرکزی مانند تلفن هوشمند متصل هستند، یک شبکه شخصی (PAN) یا پیکونت تشکیل می‌دهند که ممکن است تمام ساختمان یا فاصله‌ای به کوتاهی فاصله‌ی بین تلفن هوشمند داخل جیبتان و ساعت هوشمند روی مچتان را پوشش بدهد. به محض تشکیل پیکونت، اعضای آن به‌طور متحد، فرکانس‌های رادیویی را می‌پرند (پرش فرکانسی) بنابراین آن‌ها با یکدیگر در تماس مانده و از تداخل با سایر پیکونت‌های مجهز به بلوتوث اجتناب می‌کنند. فناوری بلوتوث می‌تواند کانال‌های رادیویی که به‌خوبی کار می‌کنند را از کانال‌هایی که شامل تداخل می‌شوند، تشخیص دهند و از ورود به آن‌ها جلوگیری کنند. این قابلیت که پرش فرکانسی تطبیقی نامیده می‌شود، باعث عملکرد مناسب دستگاه‌ها‌ی مجهز به بلوتوث حتی در مکان‌هایی که پر از دستگاه‌های فعال بی‌سیم است، می‌شود.

بسیاری از محصولاتی که با بلوتوث کار می‌کنند مانند هدفون‌های بی‌سیم، نیاز به محدوده ارتباطی کوتاهی دارند. فناوری بلوتوث بسیار انعطاف‌پذیر است و می‌تواند متناسب با نیازهای برنامه پیکربندی شود. تولیدکنندگان می‌توانند تنظیمات بلوتوث را روی دستگاه‌های خود تغییر بدهند تا به محدوده مورد نیاز برسند و در عین حال دوام باتری را به حداکثر برسانند و به بهترین کیفیت سیگنال دست پیدا کنند.

عوامل مختلفی ازجمله موارد زیر بر دامنه دستگاه‌های مجهز به بلوتوث تأثیر می‌گذارد:

• طیف رادیویی: باند فرکانسی فناوری بلوتوث آن را به گزینه‌ای مناسب برای ارتباطات بی‌سیم تبدیل کرده است.
• لایه فیزیکی (PHY): برخی از جنبه‌های کلیدی نحوه استفاده از رادیو برای انتقال و دریافت داده‌ها را تعریف می‌کند؛ مانند میزان داده، روش تشخیص و اصلاح خطا، محافظت از تداخل و سایر تکنیک‌هایی که بر وضوح سیگنال در دامنه‌های مختلف تأثیر می‌گذارد.
• حساسیت گیرنده: اندازه‌گیری حداقل قدرت سیگنال که در آن یک گیرنده همچنان می‌تواند داده‌ها را دریافت و آن‌ها را به شکل صحیح، رمزگشایی کند.
• توان انتقال: هرچه قدرت سیگنال منتقل‌شده بیشتر باشد، دامنه قابل دستیابی نیز بیشتر خواهد بود؛ اما افزایش قدرت انتقال، باتری را سریع‌تر تخلیه می‌کند.
• افزایش آنتن: تغییر سیگنال‌های الکتریکی به امواج رادیویی
• از دست دادن مسیر: عوامل مختلفی ممکن است سیگنال را ضعیف کنند؛ از جمله فاصله، رطوبت و محیطی که سیگنال از طریق آن عبور می‌کند (مانند چوب، بتن یا فلز).

یکی از به‌روزرسانی‌های جدید فناوری بلوتوث، روشی را به نام اصلاح خطای رو به جلو (FEC) برای بهبود حساسیت گیرنده معرفی کرده است. FEC خطاهای داده‌ای که از سمت گیرنده تشخیص داده می‌شوند را تصحیح می‌کند و بدون نیاز به استفاده‌ی بیشتر از قدرت انتقال، دامنه مؤثر دستگاه را تا بیش از چهار برابر بهبود می‌بخشد. این بدان معنا است که یک دستگاه گیرنده می‌تواند با وجود فاصله‌ی بسیار زیاد از فرستنده، در جایی که سیگنال بسیار ضعیف‌تر خواهد بود، داده را با موفقیت دریافت کند.

فناوری بلوتوث شامل تعدادی از اقدامات امنیتی است که می‌تواند حتی سخت‌ترین الزامات امنیتی مانند موارد موجود در استانداردهای پردازش اطلاعات فدرال را برآورده کند. قدم اول در برقراری اتصال مجهز به بلوتوث بین دو دستگاه، جفت‌ شدن است. جفت‌ شدن، هر دستگاه را به کلیدهای امنیتی ویژه مجهز می‌کند و باعث ایجاد اعتماد بین آن‌ها می‌شود. دستگاهی که به جفت شدن نیاز دارد، به دستگاه دیگری که با آن جفت نشده است متصل نخواهد شد. این کلیدهای امنیتی به فناوری بلوتوث امکان محافظت از داده‌ها و کاربران را می‌دهد. به‌عنوان مثال داده‌های رد‌وبدل‌شده بین دستگاه‌ها می‌توانند رمزگذاری شوند تا توسط دستگاه‌های دیگر قابل خواندن نباشند. همچنین آدرسی که به‌عنوان هویت دستگاه کار می‌کند و در مبادله داده‌های بی‌سیم وجود دارد‌، می‌تواند تغییر شکل داده و هر چند دقیقه یک‌بار عوض شود. این روش‌ها کاربران را از ردیابی شدن توسط داده‌های منتقل‌شده با دستگاه‌های الکترونیکی شخصی‌شان محافظت می‌کند.

کاربران هر دستگاه مجهز به بلوتوث می‌توانند امکان یافتن دستگاه خود را برای سایر دستگاه‌ها غیرفعال کنند. به‌عنوان مثال، در رایانه یا تلفن هوشمند می‌توانید به‌سادگی حالت بلوتوث دستگاه را به حالت غیر قابل‌ کشف (Non-discoverable) تغییر بدهید یا بلوتوث را تا استفاده بعدی خاموش کنید.

استفاده‌ از بلوتوث مشکلات امنیتی خطرناکی در پی نخواهد داشت. دستگاه‌های مجهز به بلوتوث با به اشتراک‌گذاری پروفایل‌ها کار می‌کنند. این پروفایل‌ها نوع اطلاعاتی که می‌توان به اشتراک گذاشت یا به آن‌ها دسترسی داشت مشخص می‌کنند. بلوتوث می‌تواند داده‌ها را بین دستگاه‌ها به اشتراک بگذارد؛ اما دستگاه‌ها معمولاً برای دسترسی به اطلاعات موجود در تلفن همراهتان مانند عکس‌ها، دفترچه آدرس یا لوکیشن‌ها به اجازه شما نیاز دارند. اگر از طریق بلوتوث به دستگاه‌های معتبر و شناخته‌شده‌ متصل شوید، جای نگرانی وجود نخواهد داشت.

بلوتوث کلاسیک شامل نسخه‌های 1.0 تا 3.0 است.

• بلوتوث 1.0 (۱۹۹۹): هنگامی که بلوتوث 1.0 برای اولین‌ بار راه‌اندازی شد، سرعت داده آن کمتر از ۱ مگابیت در ثانیه و دامنه آن کمتر از ۱۰ متر بود.
• بلوتوث 2.0 (۲۰۰۴): توانست با افزایش سرعت به ۲ تا ۳ مگابیت بر ثانیه، پیشرفت خوبی داشته باشد.مصرف انرژی بلوتوث حدود ۳۳ برابر کمتر از وای‌فای است
• بلوتوث 3.0 (۲۰۰۹): با استفاده از استاندارد و تکنولوژی 802.11 توانست به افزایش انتقال داده تا ۲۴ مگابیت بر ثانیه کمک کند.
• بلوتوث 4.0 (۲۰۱۳): متداول‌ترین نوع بلوتوث است. سرعت داده در این نسخه به ۱ مگابیت در ثانیه محدود شده است.
• بلوتوث 5.0 (۲۰۱۷): با افزایش حجم داده و دامنه، پیشرفتی در کاهش مصرف انرژی محسوب می‌شود. این نسخه می‌تواند در دامنه‌های انتقال مختلف از جمله ۱۲۵ کیلوبیت بر ثانیه، ۵۰۰ کیلوبیت بر ثانیه، ۱ مگابیت بر ثانیه و ۲ مگابیت بر ثانیه کار کند. کاهش نرخ داده، تأثیر مثبتی روی توانایی افزایش دامنه داده‌ها تا ۲۴۰ متر داشت.  انتقال سریع‌تر ۲ مگابیت در ثانیه به‌طور قابل‌ توجهی محدودتر و برای استفاده در برد کوتاه مناسب‌تر است.
• بلوتوث 5.2 (۲۰۲۰): جنبه‌های امنیتی را در مقایسه با نسخه‌ 4.0 و نسخه‌های قبلی بهبود بخشیده است.

هنوز هیچ نشانه‌ای از بلوتوث 6.0 وجود ندارد؛ اما فناوری بی‌سیم جدیدی به نام باند فوق پهن (UWB)، توجه همه را به خود جلب کرده است. این فناوری برخلاف بلوتوث دارای قابلیت انتقال داده با سرعت بالا است و می‌تواند مانند بلوتوث جهت دستگاه متصل‌شده را تشخیص بدهد. در حال حاضر، بلوتوث و UWB به‌طور مسالمت‌آمیزی با یکدیگر کنار آمده‌اند؛ اما با توجه به نیاز مبرم دنیای امروز به سرعت، امکان جایگزینی UWB با بلوتوث چندان بعید به‌ نظر نمی‌رسد.