Bluetooth هي تقنية لاسلكية قياسية تستخدم موجات راديو UHF لتبادل البيانات بين الأجهزة عبر النطاقات القصيرة. تم اختراعه في 1994 بقلم إريكسون, على الرغم من أن قياسي Bluetooth IEEE قام بتوحيده لاحقًا في العام التالي. يحافظ SIG Bluetooth ويشرف على تطوير المواصفات, يتحكم في برنامج التأهيل, وحماية العلامات التجارية.
زيادة 6 تم شحن مليار وحدة من البلوتوث بواسطة 2019, وبالتالي جعل تقنية البلوتوث القياسية الأكثر استخدامًا للاتصالات قصيرة المدى. Mokoblue هي واحدة من الشركات الرائدة التي تدعم تطوير معايير Bluetooth. لقد قمنا بدمج هذه التكنولوجيا في معظم أجهزتنا.
لماذا يتم استخدام القياس القياسي للبلوتوث في إنترنت الأشياء والأجهزة الحديثة?
من بين التكنولوجيا البهجة, تعتبر تقنية Bluetooth هي الأكثر تفضيلًا لتطوير المنتجات التي تحتاج إلى التواصل مع جهاز آخر بسهولة. هذا لأن البلوتوث سهل الاستخدام, ينفذ, وهو أقل تكلفة. بالإضافة إلى, يعد Bluetooth هو الخيار الأمثل لمشاريع إنترنت الأشياء المتوقعة للعمل على الطاقة المنخفضة حيث يتطلب طاقة أقل لنقل البيانات من جهاز إلى آخر.
أيضًا, يعد معيار Bluetooth هو الأفضل للاتصالات قصيرة المسافات حيث يمكن أن تصل سرعة الإرسال بسهولة 2 ميغابت في الثانية. هكذا, يقوم Bluetooth بعمل تطبيقات دفق مثل ملفات الفيديو اللاسلكية عالية الدقة أو دفق ملف صوت HQ إلى سماعة رأس لاسلكية.
شبكات البلوتوث
توصيل أجهزة متعددة بواسطة شبكات Bluetooth تشكل شبكات مقسمة إلى اثنين;
Piconet
تغطي شبكة Piconet مساحة صغيرة وتربط ما يصل إلى ثمانية أجهزة. في شبكة piconet, جهاز واحد يعمل كسيد, في حين أن الأجهزة المرتبطة الأخرى هي عبيد. على سبيل المثال, يشكل الاتصال بين الهاتف الذكي مع زوج من سماعات الرأس اللاسلكية وساعة ذكية شبكة Piconet. في هذه الحالة, السيد هو الهاتف المحمول, في حين أن الساعة الذكية وسماعات الرأس هي عبيد.
سليمات
تحتوي شبكة scatternet على شبكتين أو أكثر من شبكات piconet متشابكة. تم إنشاء هذه الشبكة عندما تصبح إحدى شبكة Piconet هي سيد شبكات Piconet الأخرى. بسبب العدد الكبير من المشاركين, يغطي scات, على الرغم من أن القيد الفني للبلوتوث يجعل تطبيقاتها نادرة.
مقارنة بين الإصدارات المختلفة من البلوتوث
بلوتوث v5.2
Bluetooth v5.2 هو إصدار Bluetooth محدث. تم إصداره لأول مرة في يناير 2020 في CES بواسطة مجموعة الفائدة الخاصة بلوتوث. Bluetooth v5.2 يجعلها ودية لتطبيقات إنترنت الأشياء. علاوة على ذلك, يأتي مع القنوات المتسوية (ISOC) الميزة التي تحدد قاعدة لتنفيذ الطاقة المنخفضة (ال) الصوت في بلوتوث منخفضة الطاقة (بليه) الأجهزة التي تدعم البلوتوث 5.2 أو لاحقا.
تسهل ميزة LE Audio أيضًا ربط العديد من سماعات الرأس اللاسلكية بمصدر واحد. علاوة على ذلك, يربط سماعات الرأس اللاسلكية بمصادر مختلفة. بجانب, تضيف ميزة LE Audio دعمًا لأدوات السمع.
بلوتوث منخفض الطاقة (بليه)
المعروف أيضًا باسم Bluetooth Smart, تم تطوير BLE لتقديم قوة أقل بكثير مع الحفاظ على نفس نطاق التواصل مثل Bluetooth Classic. يحقق هذا من خلال التخلي عن معدل نقل البيانات. تم تضمينه كميزة في إصدار Bluetooth 4.0 للجمهور للوصول إليه بسهولة. الأجهزة الأخرى التي تتواصل مع أجهزة BLE هي منارات وحيوانات.
موت
الحركات أجهزة نقل مستقبلية لاسلكية مع رقاقة النظام. يقومون بإنشاء مستشعر عن بُعد عند دمجه مع نفس النوع من المستشعر.
منارات
هم أجهزة إرسال التي تبث معرفهم إلى الأجهزة القريبة. يتم التقاط المعرفات بواسطة نظام تشغيل أو تطبيق متوافق. يتيح هذا للأجهزة الإلكترونية تنفيذ وظائفها بشكل فعال عند الاقتراب من منارة. تختلف منارات بلي عن الحركات التي تنقلها فقط, في حين يمكن استخدام الحركات أيضًا كمستقبلات.
مكدس بروتوكول البلوتوث
مثل نماذج شبكة OSI و TCP/IP, يحتوي معيار Bluetooth أيضًا على مكدس البروتوكول الخاص به. لكن, لا تستخدم أجهزة Bluetooth جميع طبقات مكدس البروتوكول مثل طراز OSI. توضح الصورة أدناه جميع بروتوكولات اتصالات البلوتوث الموجودة في المكدس.
بناءً على وظيفتها في المكدس, يمكن تجميع البروتوكولات على أنها;
البروتوكولات الأساسية
هذه بروتوكولات مخصصة ضرورية لتشغيل ميزات Bluetooth المتعددة. يشملوا;
• بروتوكول التحكم في الارتباط المنطقي والتكيف
• راديو بلوتوث
• بروتوكول اكتشاف الخدمة
• النطاق الأساسي
• بروتوكول إدارة الارتباط
بروتوكول استبدال الكابل
وهي تضم اتصالات الترددات الراديوية (RFCOMM) البروتوكول الذي يوفر منفذ تسلسلي افتراضي لتطبيقات محددة. البروتوكول يلغي الحاجة إلى الكابلات
البروتوكولات المعتمدة
يتم أخذ البروتوكولات المعتمدة من نماذج أخرى, مثل نماذج OSI أو TCP/IP. يشملوا;
• بروتوكول نقطة إلى نقطة (PPP)
• بروتوكول التطبيق اللاسلكي (wap)
• بروتوكول IP
• تكب / يو دي بي بروتوكول
في الأوامر
يتم استخدام الأوامر لنقل الأوامر إلى وحدة Bluetooth. كما أنها تغير إعدادات الجهاز, مثل الاسم ومعدل باود. يمكن العثور على معلومات حول تكوين الإعدادات عبر الأوامر على ورقة البيانات الخاصة بجهاز Bluetooth.
مقارنة البلوتوث مع بروتوكولات الاتصالات اللاسلكية الأخرى
مزايا معيار البلوتوث
• معيار البلوتوث لاسلكي وأوتوماتيكي.
• من الرخيص تنفيذ عمليات Bluetooth القياسية.
• لا يتطلب Bluetooth اتصالات يدوية أو زر ضغط لإنشاء روابط عند الاقتران.
• من النادر أن تتدخل الأجهزة اللاسلكية الأخرى مع أجهزة Bluetooth.
• تقنية Bluetooth موفرة للطاقة لأنها تستخدم إشارات منخفضة الطاقة.
• يسمح معيار البلوتوث بمشاركة كل من البيانات والصوت في وقت واحد.
• من السهل ترقية معايير Bluetooth إلى إصدارات جديدة.
عيوب قياسية البلوتوث
• معدلات بيانات معيار Bluetooth أقل إلى حد ما 2 MBPs عند مقارنتها بالتقنيات الأخرى المماثلة, التي لديها في الغالب معدلات بيانات حولها 4 ميغابت في الثانية.
• نطاق تشغيله عادة ما يكون داخل 10 متر.
• Bluetooth ينفذ الأمان الابتدائي.
القضايا الأمنية لأجهزة البلوتوث
نظرًا لأن Bluetooth لديها تدابير أمان أقل, هناك طرق مختلفة لاختراق أمان البلوتوث. بعض التقنيات الأساسية المستخدمة لتجاوز أمان Bluetooth;
• Bluejacking-إنها تقنية غير ضارة لنقل البيانات غير المرغوب فيها باستخدام اتصال Bluetooth بين جهازين أو أكثر من أجهزة Bluetooth مثل الهواتف المحمولة.
• bluesnarfing - Bluesnarfing أكثر ضررًا من Bluejacking, على الرغم من أن كلاهما متشابهان. Bluesnarfing هو اتصال بلوتوث غير قانوني يسمح للمتسلل بالوصول, تحميل, وعرض المعلومات من جهاز الضحية اللاسلكي.
• BlueBugging - يتيح BlueBugging للمتسلل الوصول بسهولة وتشغيل كل ميزة على هاتف الضحية عن بُعد.
• Whispering Car - يستخدم المتسللين تقنية الالتفافية هذه لإرسال واستلام ملفات الصوت من وإلى نظام ستيريو سيارة ممكّن مع Bluetooth عبر البرنامج.
عملية توصيل منارات متعددة عبر البلوتوث
عمومًا, عادةً ما تبث المنارات حزمها بمفردها لجهاز Bluetooth داخل النطاق للكشف عن هذه الحزم. هناك عمليتان تشاركان في توصيل منارات متعددة عبر تقنية البلوتوث.
العملية الأولى هي من خلال الإعلانات, حيث يرسل أحد المنارة بيانات مع حزم إعلانات. هذا يمكّن منارات أخرى من استلام الحزم المرسلة, على الرغم من أنهم لا يستطيعون الاستجابة لهم. في هذه الحالة, يتم التقاط حزم البيانات المرسلة بواسطة منارات متعددة بواسطة جهاز مركزي.
العملية الأخرى هي عن طريق الاتصال, حيث تستخدم منارات متعددة تقنية Bluetooth لتبادل بعض بيانات الاتصال. هنا, يتم نقل البيانات في كل مرة يحدث فيها اتصال, وبالتالي تمكين المنارات المتصلة للبث بسهولة. تعمل هذه العملية بشكل أفضل وتكون موثوقة في المقام الأول عندما يكون الرابط قريبًا من بضعة أمتار.
دقة تحديد المواقع بلوتوث
هناك مستويات مختلفة من الدقة في تحديد المواقع الداخلية وأنظمة الموقع في الوقت الفعلي. تعتمد الدقة على بنية النظام, تم نشر كثافة المستشعر أو منارة, واختيارات الأجهزة. يمكن أن توفر أجهزة استشعار BLE و EDAONS دقة مواقع داخلية أقل من 5 متر مع النشر والظروف الأمثل.
مثل تقنيات Wi-Fi, يعتمد Bluetooth أيضًا على قوة الإشارة (آر إس إس آي) لتقريب مواقع الجهاز. هذه التقنية لتحديد موقع Bluetooth أقل دقة بكثير وتوفر دقة موقع رائعة وصولاً إلى مستوى العداد. على الرغم من استخدام BLE على نطاق واسع وفعالة للغاية, حالياً, إنها ليست الأكثر دقة في تحديد المواقع الداخلية لتكنولوجيا الترددات اللاسلكية. نظرًا لأن معظم تطبيقات تحديد المواقع الداخلية لا تتطلب درجة عالية من الدقة, BLE هو البديل الأنسب الذي يوفر العديد من المزايا الاستثنائية.
تتيح الميزة الجديدة لإيجاد الاتجاه BLE تحديد موقع مستوى الفتر الفرعي بدقة. هذا بسبب زاوية الوصول (اتفاقية الزراعة), الذي يحسب بسرعة اتجاه إشارة البلوتوث. علاوة على ذلك, يمكن استخدام AOA إلى جانب قوة الإشارة (آر إس إس آي) في الموقع وتتبع الأصول لتعزيز الدقة.
أحد الأصول المحمولة مثل منارة أو علامة مع بث هوائي واحد إلى مستشعر بلي ثابت مع صفائف متعددة أنتينا للعثور على الاتجاه. يتم تحديد زاوية نهج جهاز البث المحمول عن طريق قياس تحول الطور من الهوائيات المتعددة, وبالتالي تلقي الإشارة. عندما يقترن مع RSSI, يمكن لـ AOA توليد إحداثيات الجهاز إلى دقة وصولاً إلى مستوى سنتيمتر.
تاريخ تقنية البلوتوث
بدأت تقنية البلوتوث عملها في 1998. وهي جمعية تجارية غير ربحية طورتها خمس شركات; نوكيا, إريكسون, شركة انتل, وتوشيبا. تم طرح أول منتج تجاري لها من قبل مجموعة Bluetooth Special Intrest Group في السوق 1999. نمت شعبية تقنية Bluetooth بسرعة وأصبحت متاحة تقريبًا في جميع أنحاء العالم في جميع المنتجات الاستهلاكية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة. مع ذلك, تعد تقنية Bluetooth أيضًا ميزة قياسية في كل سيارة جديدة تقريبًا تتيح الاتصال الحر للسائقين وتدعم أنظمة المعلومات والترفيه داخل السيارة.
لقد نمت SIG إلى أكثر من ذلك 35,000 الشركات الأعضاء على مستوى العالم من الأعضاء الخمسة الأصليين, كل ذلك من مختلف الاتصالات, مستهلكى الكترونيات, الحوسبة, وصناعات الشبكات. تقع الجمعية في كيركلاند, واشنطن.
تقنية البلوتوث اليوم
بعد أن أصبحت شعبية في الأسواق الاستهلاكية, أتاحت بروتوكولات البلوتوث الجديدة للتكنولوجيا القيام بوظيفة أساسية في إنترنت الأشياء. يدعم MOKOBlue تطوير تقنية Bluetooth ويضمن قدرة المطورين على دمج هذه التقنية بسهولة في تصميماتهم المفضلة.
حالياً, يوجد البلوتوث في ثلاثة بروتوكولات مختلفة:
• بلوتوث منخفض الطاقة (بليه)
• بلوتوث كلاسيكي
• شبكة بلوتوث.
كل بروتوكول مفيد في تطبيقات محددة. منذ أن تم تطوير تقنية Bluetooth في البداية لحالات الاستخدام للمسافات القصيرة, يمكن لأحدث الإصدارات إرسال إشارات تصل إلى ميل واحد.
تطبيقات البلوتوث وأمثلة على حالات الاستخدام
بلوتوث كلاسيك
تم تطوير بروتوكول Bluetooth Classic للأجهزة القابلة لإعادة الشحن يوميًا أو أسبوعيًا. وهذا يجعل Bluetooth Classic هو الأفضل للاستخدام في الشبكات المحدودة من حيث الحجم. تم ضبطه على دفق البيانات عالية الإنتاجية لأكثر من 2.1 ميغابت في الثانية على نطاقات قصيرة. تم تصميم تقنية Bluetooth Classic في المقام الأول لتحل محل الكابلات الطرفية قصيرة المدى. عادةً ما يكون غير قابل للتطوير لحالات استخدام إنترنت الأشياء مثل شبكات الاستشعار التي تستضيف أجهزة متعددة.
بلوتوث منخفض الطاقة (بليه)
يعد بروتوكول Bluetooth هذا مناسبًا للأجهزة التي ترسل كميات صغيرة من البيانات. علاوة على ذلك, يعتبر BLE مناسبًا لجميع الأجهزة التي تتطلب التشغيل دون مراقبة لفترة طويلة. تدعم هذه الوظيفة مجموعة متنوعة من الأجهزة الطبية, يمكن ارتداؤها وزرعها, مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة السمع.
بجانب, يعد BLE مناسبًا أيضًا لحالات الاستخدام مثل أجهزة مراقبة درجة الحرارة, منارات الموقع, وحدات تحكم الإضاءة, موازين رقمية, وغيرها من التطبيقات ذات النطاق الترددي المنخفض التي تعمل بالبطارية. يناسب BLE أيضًا المنتجات الاستهلاكية مثل شاشات اللياقة البدنية, الأجهزة المنزلية, الساعات الذكية, وأجهزة التحكم عن بعد لأجهزة فك التشفير التلفزيونية.
شبكة بلوتوث
تراقب هذه الشبكة, الضوابط, ويقوم بأتمتة العديد من الأجهزة المرتبطة لإدارة المباني الذكية وإنترنت الأشياء الصناعية الأخرى (إنترنت الأشياء) حالات الاستخدام. بدءًا, تم تطوير Bluetooth Mesh لسوق الإضاءة. نظرًا لأن عقد جهاز التوجيه تتطلب التشغيل بشكل مستمر, تعد الإضاءة حالة استخدام رائعة لأن معظم الأضواء تتمتع بإمكانية الوصول إلى الطاقة طوال الوقت. يمكن لشبكة Bluetooth أيضًا أن تدعم شبكات الاستشعار, على الرغم من أنه يجب تنفيذ أجهزة الاستشعار في المناطق التي تتوفر فيها الطاقة بدوام كامل.
معيار بلوتوث لتطبيقات إنترنت الأشياء
Bluetooth قابلة للتطبيق حاليًا في أنواع مختلفة ومتنوعة من تطبيقات إنترنت الأشياء. بعض تطبيقات إنترنت الأشياء للبلوتوث هي;
أ) خدمات الموقع وتتبع الأصول – حلول لخدمة الموقع في الوقت الحقيقي (آر تي إل إس) يتم استخدامها لتحديد المواقع وتتبع الأصول.
ب) أتمتة البناء – يساعد الاتصال بمعايير البلوتوث اللاسلكية في الأتمتة المركزية لأنظمة البناء الأساسية في الحفاظ على الطاقة, يخفض تكاليف التشغيل, ويطيل عمر الأنظمة الأساسية للمبنى.
ج) مراقبة الحالة - يتيح نشر شبكات الاستشعار على نطاق واسع في جميع أنحاء أرضية الوحدة الصناعية مراقبة أداء النظام في الوقت الفعلي. هكذا, فهو يقلل من تكلفة الصيانة, يزيد من كفاءة التشغيل الشاملة, ويحسن تحديث التطبيقات.
د) مراقبة الخزانات – يمكّن معيار البلوتوث الفنيين والقائمين على التركيب المحليين من مراقبة الخزانات عن بعد, تقديم ردود فعل فورية لقيم المستشعر.
ه) التطبيقات الطبية – يُستخدم معيار Bluetooth في حالات الاستخدام الطبي مثل الأجهزة القابلة للارتداء للمساعدة في تشخيص حالات معينة, نقل بيانات المريض, وإدارة الأدوية.
F) تتبع الاتصال – البلوتوث هو الخيار الصحيح للتتبع, تسجيل, ونقل البيانات في الوقت الحقيقي للحصول على استجابات سريعة.
ز) مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح – نظرًا لأن معظم منشآت مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح تحتوي على وحدات راديو مثبتة عليها, يمكن للفنيين استخدام معايير Bluetooth لأخذ قيمهم الحالية وقراءات الإنتاجية.
ح) أنظمة التحقق من صحة التذاكر - يمكن استخدام أجهزة القراءة التي تدعم تقنية Bluetooth في الأحداث ذات الحشود الكبيرة مثل الحفلات الموسيقية والأحداث الرياضية للتحقق من التذاكر باستخدام رموز QR أو الرموز الشريطية.
أنا) إيجاد الطريق – يتم استخدام معيار Bluetooth في أنظمة تحديد المواقع الداخلية لمساعدة الضيوف في العثور بسهولة على طريقهم عبر الأماكن العامة الكبيرة, مثل المتاحف, محطات القطار, المطارات, والملاعب الرياضية.
النمو القياسي للبلوتوث والفرص المستقبلية
وفقًا لـ Bluetooth SIG 2021 تقرير تحديث السوق, من المتوقع أن يتم شحن تقنية Bluetooth 6 مليار جهاز بواسطة 2025 سنويا. يشير التقرير إلى أن احتياجات سوق البلوتوث الأساسية والتطبيقات المستخدمة بشكل أساسي هي خدمات الموقع, نقل البيانات, تدفق الصوت, وشبكات الأجهزة. علاوة على ذلك, تتوقع Bluetooth SIG ذلك:
• بين 2021 و 2025, سيكون هناك 10% معدل نمو سنوي مركب
• بواسطة 2025, زيادة 70% من جميع الأجهزة التي تم تمكين تقنية Bluetooth فيها ستكون أجهزة طرفية
• من 2021 ل 25, سيكون هناك نمو سنوي بمقدار 3 أضعاف في شحنات أجهزة BLE أحادية الوضع
ومن الضروري لجميع المنظمات التي تتطور, تجمع, or benefit from IoT wireless connectivity to incorporate Bluetooth technology in their short and long-term planning. As Bluetooth is currently the best wireless technology on the market, most industries take advantage of its potencies like security, cost-effectiveness, and ease of use. هكذا, all organizations need to assess the applications for Bluetooth integration to impel new functionalities and ROI.
GPS vs. Bluetooth Technology for Contact Tracing
Is it best to use location history or Bluetooth to detect proximity actively when two people are close? The table below illustrates the differences between GPS and Bluetooth technology.
GPS Accuracy and Negatives
The accuracy of a GPS device in subways significantly drops to impracticable. علاوة على ذلك, most GPS devices cannot handle underground and indoor settings predominantly well.
GPS gathers precise location data and uses it in contact tracing, although its location data is intricate to secure and highly sensitive. على سبيل المثال, fitness apps that use GPS location data have revealed the precise layout of US bases. It has unique location data that makes its anonymization effectively impractical. هكذا, the deployment of location-based contact tracing at scale poses privacy and security risks when incompletely secured.
Bluetooth Accuracy and Negatives
RSSI values are used in Bluetooth-based proximity detection to evaluate the strength of signals between phones. Standardized RSSI values are used in an encounter to approximate the estimated distance between users. Bluetooth location tracking accuracy has a range of up to 10 متر.
When apps are running in the background, Bluetooth scanning can be terminated by iOS. من الضروري تمكين إذن تطبيق Bluetooth خلال الإطار الزمني بأكمله وليس Bluetooth نفسه حتى يعمل.
الأجهزة المدعومة بتقنية BLE Bluetooth القياسية من MOKOBlue
المنتجات المدعومة بليه من MOKOBlue هي:
منارات بلي
إنها أجهزة لاسلكية تقوم بشكل متقطع بإرسال حزمة إعلانات BLE التي يتلقاها جهاز Bluetooth آخر. بعض من منارات بليه المتاحة في MOKOBlue تشمل; منارات الاستشعار H6, منارات معصمه W6, منارات الأصول M2, منارات الملاحة H2, منارات الاستشعار H4, وغيرها الكثير.
بليه إلى بوابة واي فاي
توفر البوابة حلول تخزين للمعالجة المحلية من خلال ربط الحقل والسحابة بشكل منهجي. تتضمن بعض بوابات BLE إلى Wi-Fi المتوفرة في MOKOBlue; MKGW1 بوابات واي فاي بليه, MKGW-mini BLE إلى بوابات WIFI, وبوابات MK103 ESP32 BLE.
وحدات بليه
Some of the BLE module devices available at MOKOBlue include; MK01A, MK02A, MK02D, MK02E, MK05A, MK05B, MK06A, MK06B, واشياء أخرى عديدة.
MOKOBlue has rich expertise of over 16 years in Bluetooth technology. You can trust us to be your Bluetooth/BLE partner for all your Bluetooth solutions. We assist our customers in developing their Bluetooth IoT projects, thus saving them time in the market. So do you have a Bluetooth project now or soon? Feel free to contact us; we have your back, we are always there to help you.
