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.
History of the Bluetooth Technology
Bluetooth started its operations in 1998. It is a non-profitable trade association that five companies developed; Nokia, Ericsson, شركة انتل, and Toshiba. Its first commercial product was introduced by the Bluetooth Special Intrest Group into the market in 1999. The popularity of Bluetooth has rapidly grown and has become nearly available worldwide in all consumer products like laptops and mobile phones. مع ذلك, Bluetooth is also a standard feature in almost every new car that allows free-hand calling for drivers and supports in-vehicle infotainment systems.
SIG has grown to over 35,000 member companies globally from the original five members, all from various telecommunications, مستهلكى الكترونيات, computing, and networking industries. The association is situated in Kirkland, Washington.
Bluetooth Technology Today
After becoming popular in the consumer markets, the new Bluetooth protocols have allowed the technology to presume an essential function in IoT. MOKOBlue supports the development of Bluetooth and ensures that developers can easily incorporate this technology into their preferred designs.
حالياً, Bluetooth exists in three different protocols:
• Bluetooth Low Energy (بليه)
• Bluetooth Classic
• Bluetooth Mesh.
Every protocol is helpful in specific applications. Since Bluetooth technology was initially developed for short-distance use cases, the latest versions can transmit signals up to a mile.
Bluetooth Application and Use Case Examples
بلوتوث كلاسيك
The protocol of Bluetooth Classic is developed for devices rechargeable daily or weekly. This makes Bluetooth Classic the best for use in limited networks in terms of size. It is set to stream high-throughput data of over 2.1 Mbps over short ranges. Bluetooth classic was primarily designed to replace short-distance peripheral cables. It is usually not scalable for IoT use cases such as sensor networks hosting multiple devices.
بلوتوث منخفض الطاقة (بليه)
This Bluetooth protocol is suited for devices that send small data amounts. علاوة على ذلك, BLE is suitable for all devices that require to be run unattended for a long time. This functionality sustains an assortment of medical devices, wearable and implantable, like defibrillators and hearing aids.
بجانب, BLE is also suitable for use cases like temperature monitors, location beacons, lighting controllers, digital scales, and other low-bandwidth applications operated with a battery. BLE also fits consumer products like fitness monitors, home appliances, الساعات الذكية, and remote controls for TV set-top boxes.
شبكة بلوتوث
This network monitors, controls, and automates numerous linked devices for managing smart buildings and other industrial IoT (IIoT) use cases. بدءًا, Bluetooth Mesh was developed for the lighting market. Since the router nodes require to be powered incessantly, lighting is a great use case because most lights have access to all-time power. Bluetooth mesh can also support sensor networks, although the sensors must be implemented in areas with full-time power availability.
Bluetooth Standard for IoT Applications
Bluetooth is currently applicable in various assorted varieties of IoT applications. Some IoT applications for Bluetooth are;
أ) Location services and asset tracking – Solutions for real-time location service (آر تي إل إس) s are used for identifying locations and tracking assets.
ب) Building automation – The connectivity of wireless Bluetooth standards in the centralized automation of essential building systems assists in energy conservation, lowers the costs of operation, and prolongs the lifespan of the core systems of a building.
ج) Condition monitoring – The deployment of sensor networks at scale all over an industrial unit floor allows system performance real-time monitoring. هكذا, it minimizes the maintenance cost, increases the overall operating efficiency, and improves the updating of applications.
د) Tank monitoring – Bluetooth standard enables technicians and local installers to monitor tanks remotely, offering instant sensor values feedback.
ه) Medical applications – Bluetooth standard is used in medical use cases such as wearable devices to help diagnose certain conditions, transmit the patient’s data, and administer medications.
F) Contact tracing – Bluetooth is the right choice for tracking, recording, and transmitting real-time data for prompt responses.
ز) Solar and wind farms – Since most solar and wind farm installations have radio modules fixed on them, technicians can use Bluetooth standards to take their current values and productivity readings.
ح) Ticket validation systems – Bluetooth-enabled readers can be used in events with large crowds such as concerts and sporting events to authenticate tickets with QR codes or barcodes.
أنا) إيجاد الطريق – Bluetooth standard is used in indoor positioning systems to help guests easily find their way through large public spaces, such as museums, محطات القطار, المطارات, and sports stadiums.
Bluetooth Standard Growth and Future Opportunities
As per the Bluetooth SIG 2021 market update report, Bluetooth technology is anticipated to ship over 6 billion devices by 2025 annually. The report states that the essential Bluetooth market needs and applications mainly used are location services, data transferring, audio streaming, وشبكات الأجهزة. علاوة على ذلك, Bluetooth SIG expects that:
• Between 2021 و 2025, there will be a 10% CAGR
• By 2025, over 70% of all devices enabled with Bluetooth will be peripherals
• From 2021 ل 25, there will be a 3x annual growth in shipments of single-mode BLE devices
It is essential for all organizations that develop, assemble, 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. It is necessary to enable the Bluetooth app permission during the entire time frame and not Bluetooth itself for it to work.
MOKOBlue’s BLE Bluetooth Standard Supported Devices
BLE-supported products from MOKOBlue are:
BLE Beacons
They are wireless devices that sporadically transmit a BLE advertising packet received by another Bluetooth device. Some of the منارات بليه available at MOKOBlue include; H6 sensor beacons, W6 wristband beacons, M2 asset beacons, H2 navigation beacons, H4 sensor beacons, and many more.
BLE to Wi-Fi Gateway
A gateway offers storage solutions to local processing by methodically linking the field and the cloud. Some of the BLE to Wi-Fi gateways available at MOKOBlue include; MKGW1 BLE Wi-Fi gateways, MKGW-mini BLE toWIFI gateways, and the MK103 ESP32 BLE gateways.
BLE Modules
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.
