از زمانی که فناوری بلوتوث برای اولین بار در سال 1999 به طور رسمی عرضه شد و در دسترس کاربران قرار گرفت، به بخشی جدایی‌ناپذیر از زندگی روزمره همه ما تبدیل شده است. امروزه، می‌توانید نسخه‌ای از بلوتوث را در گوشی‌های هوشمند، ساعت‌های هوشمند، بلندگوهای بی‌سیم و انواع وسایل قابل حمل پیدا کنید.
اما با وجود محبوبیت بسیار بالای این روش اتصال، بسیاری از مردم هنوز نمی‌دانند که بلوتوث دقیقاً چگونه کار می‌کند. با توجه به همین مسئله، در ادامه این مقاله از دیجی رو قصد داریم تا شما را با نحوه عملکرد بلوتوث و هر آنچه که درباره این فناوری باید بدانید، از فرکانس سیگنال و تداخل پس‌زمینه گرفته تا کدک‌ها، محدوده، و پیشرفت‌ها، آشنا کنیم. پس با ما همراه باشید.
بلوتوث چیست؟
کلمه بلوتوث (Bluetooth) از نام “هارالد بلاتان” (Harald Bluetooth)، پادشاه دانمارک در قرون وسطی، گرفته شده است. در دهه 1990، کارکنان شرکت ارتباطات نوردیک (Nordic Telekom) این واژه را برای نامگذاری یک استاندارد جدید بی‌سیم انتخاب کردند که به دستگاه‌ها این امکان را می‌دهد تا به راحتی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند (اشاره به هماهنگی بین دستگاه‌های مختلف در دوره حکومت پادشاه بلاتان). از آن زمان، این استاندارد بی‌سیم نام “بلوتوث” را حفظ کرده و با همین عنوان در دنیای فناوری شناخته می‌شود.
قبل از ورود به جزئیات فنی نحوه کار فناوری بلوتوث و اینکه چگونه نسخه‌های جدیدتر آن قوی‌تر و بهتر از نسخه‌های قبلی شده‌اند، درک این موضوع مهم است که اساساً بلوتوث چیست.
بلوتوث یک فناوری انتقال رادیویی با مصرف انرژی کم و برد کوتاه است. این فناوری شامل امواج الکترومغناطیسی غیریونیزه در محدوده رادیویی بین 2.402 گیگاهرتز تا 2.48 گیگاهرتز است. قرار گرفتن در لبه پایین این محدوده به بلوتوث اجازه می‌دهد که نسبت به سایر دستگاه‌های انتقال رادیویی انرژی کمتری مصرف کند. به همین دلیل است که استفاده از آن در وسایل کوچک و گوشی‌های هوشمند منطقی‌تر بوده و نگرانی کمتری در خصوص عمر باتری ایجاد می‌کند.
بلوتوث می‌تواند در فضاهای باز و از میان برخی موانع بدون نیاز به استفاده از واسطه فیزیکی حرکت کند. اینکه یک سیگنال بلوتوث خاص تا چه فاصله‌ای می‌تواند پیش برود، در وهله اول به قدرت آن و اینکه چه موانعی بر سر راه آن قرار دارند بستگی دارد. موانع ضخیم یا ساخته شده از موادی که سیگنال را بیش از حد تحریف و تضعیف می‌کنند، باعث کاهش دامنه بلوتوث می‌شوند.
بلوتوث چگونه کار می‌کند؟
سیگنال بلوتوثی که گوشی شما به هدست ارسال می‌کند، ابتدا توسط نرم افزار پردازش می‌شود. داده‌های شما، شامل تصویر، صدا و غیره، نمی‌توانند بدون پردازش شدن از طریق بلوتوث ارسال شوند. این داده‌ها ابتدا از یک الگوریتم فشرده‌سازی به نام کدک (Codec) عبور می‌کنند که داده‌ها را به بسته‌های مجزا تبدیل می‌کند.
کدک‌ها مانند aptX، AAC، SBC و LDAC باید بین دستگاه فرستنده و گیرنده یکسان باشند. کدک‌های مختلف برای انواع داده‌های متفاوت بهینه شده‌اند و بر روی مواردی مانند مصرف انرژی، سرعت انتقال، کیفیت داده و برد اتصال تأثیر می‌گذارند.
در حال حاضر 79 کانال بلوتوث تعریف شده وجود دارد و تمام دستگاه‌های متصل باید در یک کانال فرکانس یکسان با پهنای باند یک مگاهرتز (MHz) تنظیم شده باشند. از این نظر، کانال‌های بلوتوث شبیه به کانال‌های وای-فای هستند که می‌توانید روی روترها ببینید.
وقتی دو دستگاه مجهز به بلوتوث در نزدیکی یکدیگر قرار می‌گیرند، می‌توانند با استفاده از تراشه‌های رایانه‌ای کوچک که درونشان جاسازی شده، به یکدیگر متصل شوند و ارتباط برقرار کنند. این سخت افزار مسئول ارسال و دریافت امواج رادیویی مربوط به بلوتوث است.
محدوده سیگنال و کلاس‌های بلوتوث
به طور کلی، هر چه فرکانس پایین‌تر باشد، برد طولانی‌تر و بیشتر خواهد بود. اما سیگنال‌های با فرکانس پایین نسبت به سیگنال‌های با فرکانس بالا توان حمل داده‌های کمتری را دارند. قدرت بلوتوث به برق وابسته است. بنابراین، اگر انرژی کافی به آن اختصاص دهید، می‌توانید سیگنال بلوتوث با فرکانس بالا و حاوی حجم بالایی از داده‌ها را به فواصل طولانی‌تری انتقال دهید. در واقع، پیدا کردن تعادل بین مصرف انرژی، کیفیت و برد همان چیزی است که به طور مداوم باعث ظهور نسخه‌های جدیدی از بلوتوث می‌شود.
در حال حاضر سه کلاس کاری برای بلوتوث وجود دارد که عبارتند از:
- بلوتوث کلاس 1 با توان 100 میلی وات و برد بیش از 100 متر.
- بلوتوث کلاس 2 با توان 2.5 میلی وات و برد حدود 10 متر.
- بلوتوث کلاس 3 با توان 1 میلی وات و برد کمتر از 9 متر.
به عنوان نمونه، اکثر هدفون‌ها، هدست‌ها و گوشی‌های هوشمند اخیر مجهز به بلوتوث کلاس 2 هستند، در حالی که برخی نیز از بلوتوث کلاس 3 استفاده می‌کنند. در مورد بلوتوث کلاس 1 نیز باید گفت به واسطه برد طولانی، نیاز به انرژی زیادی دارد که معمولاً نیاز به منبع تغذیه خارجی دارد و تنها با استفاده از باتری کوچک موجود در وسایل قابل حمل امکان‌پذیر نیست. دستگاه‌های مجهز به بلوتوث کلاس 1 را می‌توان در دستگاه‌های صنعتی مانند دستگاه‌های مبتنی بر اینترنت اشیاء در کارخانه‌ها یا خطوط مونتاژ مشاهده کرد.
تداخل پس‌زمینه
ممکن است متوجه شده باشید که هنگام راه رفتن در خیابانی پرتردد یا سوار شدن در یک قطار شهری شلوغ، یک سری نویز در هدفون بی‌سیم ایجاد می‌شود. علت این امر وجود همان 79 کانال بلوتوثی است که قبلاً به آن اشاره کردیم.
اگر در مدرسه، کتابخانه یا دفتر کار باشید که شما و دیگر افراد حاضر در آنجا از دستگاه‌های بلوتوث با برد حدود 10 متر استفاده می‌کنید، معمولاً 79 کانال کافی است. اما وقتی ده‌ها دستگاه مختلف در یک فضای محدود بر سر ارسال و دریافت داده از طریق بلوتوث رقابت می‌کنند، دیگر 79 کانال جوابگو نبوده و سیگنال‌ها شروع به تداخل می‌کنند.
با اینکه هیچکس نمی‌تواند به طور کامل به سیگنال بلوتوث شخص دیگر دسترسی پیدا کند (حتی اگر دستگاه خود را روی همان کانال تنظیم کرده باشد، چون بلوتوث رمزگذاری شده است)، اما برخورد سیگنال‌ها با یکدیگر باعث ایجاد نویز می‌شود. آسیب‌پذیری یکی از دلایل دیگری است که باعث می‌شود از بلوتوث فقط برای ارتباطات با برد کوتاه استفاده شود. در واقع، کنترل یک محدوده 10 تا 30 متری آسان‌تر از فواصل طولانی تا چندین کیلومتر است.
سایر عواملی که با سیگنال بلوتوث تداخل ایجاد می‌کنند عبارتند از:
- موانع فیزیکی: فلزات، گچ، بتن و حتی رطوبت بیشترین تاثیر را بر کیفیت بلوتوث دارند، در حالی که موادی مانند چوب، شیشه و پلاستیک در پایین‌ترین رده این فهرست قرار دارند.
- حساسیت گیرنده: طی مسافت باعث تحلیل رفتن سیگنال‌ها می‌شود. بنابراین، اگر گیرنده حساسیت کافی نداشته باشد، ممکن است نتواند آنها را به درستی دریافت و رمزگشایی کند.
- قدرت انتقال: هر چه قدرت پایه سیگنال کمتر باشد، در طی مسافت و عبور از موانع ضعیف‌تر خواهد بود.
نسخه‌های مختلف بلوتوث
فناوری بلوتوثی که امروزه از آن استفاده می‌کنیم، همانی نیست که در اوایل دهه 2000 میلادی وجود داشت. در حالی که هنوز هم از همان اصول پیروی می‌شود، اما نسخه‌های جدیدتر بلوتوث می‌توانند کارهای بیشتری را با هزینه کمتر انجام دهند. در حقیقت، سه چیز با توسعه بلوتوث تغییر می‌کند: مصرف انرژی، برد، و سرعت انتقال داده‌ها (که به طور مستقیم روی تأخیر صدا تاثیر می‌گذارد).
بلوتوث نسخه 1.0 مصرف انرژی بالایی داشت و در عین حال، برد آن در حدود 10 متر و حداکثر سرعتش هم 1 مگابیت بر ثانیه بود. این در حالی است که بلوتوث 2.0 می‌توانست داده‌ها را با سرعت 3 برابر بیشتر، یعنی 3 مگابیت بر ثانیه منتقل کند و این عدد در بلوتوث نسخه 3.0 به 24 مگابیت بر ثانیه رسید! اما با این حال، استفاده از لایه انطباق پروتکل 802.11 انرژی زیادی از دستگاه‌های مبتنی بر بلوتوث 3.0 می‌گیرد.
امروزه یافتن بلوتوث نسخه 1.0 تا 3.0 در دستگاه‌های مصرفی بسیار سخت شده است و در اغلب آنها از بلوتوث 4.0 و بلوتوث 5.0 استفاده می‌شود. هر دو استاندارد به عنوان اتصال بلوتوث کم مصرف‌تر عمل می‌کنند، بردی در حدود 800 فوت و سرعتی که از 2 مگابیت بر ثانیه پایین‌تر نمی‌آید.
اما امروزه یافتن بلوتوث 1.0 تا 3.0 در دستگاه های تجاری بسیار سخت تر است. آنها با بلوتوث 4.0 و بلوتوث 5.0 جایگزین شده‌اند. هر دو استاندارد به عنوان بلوتوث کم انرژی، با برد کمی پایین‌تر از 245 متر و سرعتی که از 2 مگابیت در ثانیه پایین‌تر نمی‌آید، جایگزینی بسیار مناسب برای نسخه‌های قدیمی‌تر محسوب می‌شوند.
چرا باید با شیوه عملکرد بلوتوث آشنا شویم؟
بلوتوث در سطح فناوری‌هایی مانند مکان‌یاب (GPS)، وای-فای و دکل‌های تلفن همراه قرار دارد. این فناوری تقریباً در تمام دستگاه‌های مدرن استفاده می‌شود و به همین دلیل نیاز به درک مفاهیم پایه‌ای از آن دارید.
دانستن تفاوت بین نسخه‌های مختلف بلوتوث و کدک‌های انتقال متفاوت اجازه می‌دهد دستگاه‌هایی را انتخاب کنید که بیشترین انطباق را با نیازهای شما دارند. به عنوان مثال، در یک صفحه‌کلید بی‌سیم هیچ نیازی به استفاده از بلوتوث پرمصرف و با برد بلند نیست، اما این ویژگی‌ها در هدفون‌های بی‌سیمی که قرار است با آنها در یک محیط بزرگ حرکت کرده، به موسیقی گوش دهید یا تلفن‌هایتان را جواب بدهید، بسیار مهم‌تر هستند.
