[Amir Shahbazzadeh]

 
شبكه هاي بي سيم مبتني بر بلوتوث  Wireless networks based on Bluetooth


زماني ارتباط بين ايستگاه هاي كاري در يك شبكه، فقط توسط كابل هاي Coaxial و اتصالات BNC امكان پذير بود. سپس با پيشرفت تكنولوژي اتصالات موجود بهبود يافتند و كابلهاي Twisted Pair و بعد كابل فيبر‌نوري يا Fiber Optic Cable پا به عرصه وجود گذاشتند. مزيت اصلي اين پيشرفت ها افزايش سرعت انتقال داده‌ها و بهبود امنيت ارسال و دريافت داده ها مي باشد.

در مراحل بعد، وجود برخي از مشكلات مانند عدم امكان كابل كشي جهت برقراري اتصالات مورد نياز و يا وجود هزينه بالا يا سختي عمليات كابل كشي و غير ممكن بودن يا هزينه بر بودن انجام تغييرات در زير ساخت هاي فعلي شبكه سبب شد تا مهندسان به فكر ايجاد روشي براي برقراري ارتباط بين ايستگاه هاي كاري باشند كه نياز به كابل نداشته باشد. در نتيجه تكنولوژي هاي بي سيم يا Wireless پا به يرصه وجود گذاشتند.
در اين تكنولوژي، انتقال اطلاعات از طريق امواج الكترومغناطيس انجام مي گيرد. به همين منظور مي توان از يكي از سه نوع موج زير استفاده نمود:
«1» مادون قرمز : در اين روش فاصله دو نقطه زياد نيست زيرا امواج مادون قرمز برد كمي دارند و از طرفي سرعت انتقال داده‌ها توسط اين موج پايين مي‌باشد.
«2» امواج ليزر : اين موج در خط مستقيم سير مي كند و نسبت به امواج مادون قرمز داراي برد بالاتر مي باشد. مشكل اصلي در اين موج، مخرب بودن آن مي‌باشد. « اين موج براي بينايي مضر مي باشد.»
«3» امواج راديويي : متداول ترين امواج در ارتباطات شبكه اي هستند و سرعت استاندارد آنها 11 مگابيت بر ثانيه مي باشد. تجهيزات و شبكه هاي كامپيوتري مبتني بر اين نوع موج، به دو دسته تقسيم مي شوند:
1- شبكه هاي بي سيم درون سازماني يا In door
2- شبكه هاي بي سيم برون سازماني يا Out door

شبكه هاي نوع اول «In door»، در داخل محيط يك ساختمان ايجاد مي گردند. جهت طراحي اينگونه شبكه ها مي توان يكي از دو روش زير را در نظر گرفتك
1- Ad hoc Network
2- Infrastructure Network
در Ad hoc Network كامپيوتر ها و ساير ايستگاه هاي كاري ديگر، داراي يك كارت شبكه بي سيم مي باشند و بدون نياز به دستگاه متمركز كننده مركزي قادر به برقراري ارتباط با يكديگر خواهند بود. اينگونه شبكه سازي بيشتر در مواردي كه تعداد ايستگاه هاي كاري محدود است - در شبكه هاي كوچك - مورد استفاده قرار مي گيرند. « در ادامه مقاله در مورد اين نوع شبكه ها صحبت بيشتري خواهد شد»
در روش دوم يعني Infrastructure Network، براي پياده سازي شبكه بي سيم مورد نظر، از يك يا چند دستگاه متمركز كننده مركزي يا Access Point‌ كه به اختصار AP ناميده مي شود، استفاده مي شود. وظيفه يك AP برقراري ارتباط در شبكه مي باشد.

شبكه هاي نوع دوم «Out door»، در خارج از محيط ساختمان ايجاد مي گردند. در اين روش از AP و همچنين آنتن ها جهت برقراري ارتباط استفاه مي شود. معيار اصلي در زمان ايجاد اينگونه شبكه ها، در نظر داشتن ارتفاع دو نقطه و فاصله بين آنها و به عبارت ديگر، داشتن ديد مستقيم يا Line of Sight مي باشد.
در شبكه هاي بي سيم ممكن است يكي از سه توپولوژي زير مورد استفاده قرار گيرند:
a- Point To Point b- Point To Multipoint c- Mesh

ديد كلي
امواج بلوتوث داراي برد كوتاهي مي باشند و بيشتر براي راه اندازي شبكه هاي PAN كه يكي از انواع شبكه هاي Ad hoc است، مورد استفاده قرار مي گيرند.

شبكه هاي Ad hoc
يك شبكه Ad hoc‌ تشكيل شده از تجهيزات بي سيم قابل حمل كه با يكديگر به كمك تجهيزات ارتباط بي سيم و بدون بر قراري هيچگونه زير ساختي، ارتباط برقرار مي كنند.
براي شروع كار بهتر است ابتدا معني واژه Ad hoc را بررسي نماييم. واژه Ad hoc به مفهوم For this purpose only يا «براي يك كاربرد خاص» مي باشد. اين واژه معمولا در جاهايي كاربرد دارد كه حل يك مشكل خاص يا انجام يك وظيفه ويژه مد نظر باشد و ويژگي مهم آن، عدم امكان تعميم راه حل فوق به صورت يك راه حل عمومي و به كارگيري آن در مسائل مشابه مي باشد.
به شبكه Ad hoc، شبكه Mesh نيز مي گويند. علت اين نام گذاري آن است كه تمام ايستگاه هاي موجود در محدوده تحت پوشش شبكه Ad hoc، از وجود يكديگر با خبر بوده و قادر به برقراري ارتباط با يكديگر مي باشند. اين امر شبيه پياده سازي يك شبكه به صورت فيزيكي بر مبناي توپولوژي Mesh مي باشد.



اولين شبكه Ad hoc در سال 1970 توسط DARPA بوجود آمد. اين شبكه در آن زمان Packet Radio‌ ناميده مي شد.
از جمله مزاياي يك شبكه Ad hoc مي توان به موارد زير اشاره نمود:
«1» سرعت توسعه آن زياد است.
«2» به سادگي و به صرف هزينه پايين قابل پياده سازي مي باشد.
«3» مانند ساير شبكه هاي بي سيم، به زير ساخت نياز ندارد.
«4» پيكر بندي خودكار
«5» هر يك از ايستگاه ها به عنوان يك روتر نيز ايفاي نقش مي كنند.
«6» استقلال از مديريت شبكه اصلي
«7» انعطاف پذير بودن «به عنوان مثال، دسترسي به اينترنت از نقاط مختلف موجود در محدوده تحت پوشش شبكه امكان پذير است.»
«8» دو ايستگاه موجود در شبكه مي توانند به طور مستقل از ديگر ايستگاه ها، با يكديگر ارتباط برقرار كرده و انتقال اطلاعات بپردازند.


همانطور كه در مزاياي فوق اشاره شد «شماره 4» اينگونه شبكه ها داراي پيكربندي خودكار مي باشند. يعني اگر پس از راه اندازي شبكه، يكي از ايستگاه ها بنابر دلايلي از كار بيافتد - مثلا فرض كنيم يكي از ايستگاه ها، يك دستگاه تلفن همراه باشد كه به كمك بلوتوث وارد شبكه شده باشد و اكنون با دور شدن صاحب تلفن از محدوده تحت پوشش از شبكه خارج شود - در نتيجه شكافي در ارتباط بين ايستگاه ها بوجود خواهد آمد. با بروز چنين موردي شبكه Ad hoc به سرعت مشكل را شناسايي كرده و مجددا بصورت خودكار عمل پيكربندي و تنظيمات شبكه را بر اساس وضعيت جديد انجام خواهد داد و راه ارتباطي جديدي برقرار خواهد كرد.
در شكل قبل قسمت a نشان دهنده اين است كه ايستگاه ها در حال شناسايي يكديگر مي باشند. در قسمت b مي بينيم كه يكي از ايستگاه ها براي ارسال داده به سمت مقصد مورد نظرش از يك مسير خاص و بهينه استفاده مي كند. اما در شكل c وضعيتي نشان داده شده است كه يكي از ايستگاه هاي مياني از شبكه خارج شده و در نتيجه بعد از انجام پيكربندي مجدد، مسير ديگري بين مبدا و مقصد براي ارسال داده ها بوجود آمده است.
به شبكه هاي Ad hoc اصطلاحا Mobile Ad hoc Network يا MANET نيز مي گويند. علت اين نامگذاري آن است كه ايستگاه ها در اين شبكه مي توانند به صورت آزادانه حركت كنند . بطور دلخواه به سازماندهي خود بپردازند. پس توپولوژي شبكه هاي بي سيم ممكن است به سرعت و بصورت غير قابل پيش بيني تغيير كنند.

حالت انتظار «Standby» : اگر دستگاه مورد نظر هنوز جزء هيچ شبكه اي نشده باشد، در اين وضعيت قرار دارد.
حالت پرس و جو «Inquery + Page» : اگر دستگاهي بخواهد با يك شبكه piconet يا يك دستگاه ديگر ارتباط برقرار كند، در اين وضعيت قرار مي گيرد.در اين حالت دستگاه فوق براي مقصد مورد نظر پيامي مبني بر تقاضاي برقراري ارتباط، ارسال مي كند.
حالت فعال «Active» : دستگاه در اين حالت در حال ارسال و دريافت اطلاعات مي باشد.
حالت ذخيره انرژي «Low Power state» : اين مرحله شامل سه وضعيت مي باشد:
1- Sniff : دستگاه Slave در اين حالت بدون فعاليت مي باشد.
2- Hold : هم دستگاه Master و هم دستگاه Slave در حالت انتظار به سر برده و هيچ داده اي رد و بدل نمي كنند.
3- Park : اين وضعيت با نام توقف شناخته مي شود و ميزان فعاليت در اين حالت از Hold نيز كمتر مي باشد و فقط در حد همگام سازي دستگاه با piconet است.