كيف يعمل البلوتوث؟
نظرًا لأن عالمنا أصبح مترابطًا بشكل متزايد، فقد تبنى البشر مجموعة متنوعة من التقنيات للتواصل مع الأصدقاء والعائلة. من بينها، أحد أكثر التقنيات شيوعًا هو ما يسمى بالبلوتوث، والذي يمكن العثور عليه في العديد من الأجهزة التي نستخدمها كل يوم. بشكل عام، يتم توصيل معظم التقنيات اللاسلكية مثل الماوس ولوحة المفاتيح بأجهزة الكمبيوتر بمساعدة البلوتوث، وتستخدم الساعات الذكية وأجهزة تعقب الرياضة هذه التقنية لإرسال المعلومات المسجلة إلى الهواتف الذكية. لكن هل تساءلت يومًا عن كيفية عمل البلوتوث لهذه التقنية المألوفة؟
كيف يتم تكوين اتصالات Bluetooth؟
في الوقت الحاضر، يعد الاتصال اللاسلكي ظاهرة شائعة. بشكل عام، يتمتع معظمنا بإمكانية الوصول إلى إنترنت Wi-Fi في مكاتبنا ومنازلنا. للوهلة الأولى، قد تبدو هاتان التقنيتان متشابهتين، لكن يجب أن تعلم أن أجهزة Bluetooth تتصل ببعضها البعض مباشرة، مما يعني أن هذا النوع من الاتصال لا يتم ذلك من خلال جهاز وسيط مثل جهاز التوجيه اللاسلكي؛ بالطبع، لا تقلل هذه الميزة من عمر بطارية الجهاز وتحافظ على استهلاك الطاقة منخفضًا جدًا.
بشكل عام، تتواصل أجهزة Bluetooth مع بعضها البعض باستخدام موجات راديو منخفضة الطاقة في نطاق التردد بين 2.400 جيجاهرتز و 2.483.5 جيجاهرتز. من المثير للاهتمام معرفة أن نطاق التردد هذا هو أحد النطاقات القليلة المستخدمة وفقًا للاتفاقيات الدولية للاستخدام في الأجهزة الصناعية والعلمية والطبية.
ولكن منذ عام 2020، تم تقديم تقنية Bluetooth إلى العالم في نوعين مختلفين:
- بلوتوث منخفض الطاقة (LE)
- تقنية Bluetooth الكلاسيكية (المعروفة رسميًا باسم BR / EDR.)
في الأساس، يعمل هذان النوعان من تقنية Bluetooth على حد سواء باستخدام نفس نطاق التردد، مع اختلاف أن Bluetooth LE هو الخيار الأكثر شيوعًا للتطبيق على الأجهزة المختلفة، لأنه يتطلب طاقة أقل بكثير للعمل من منافسه، أيضًا من Bluetooth يمكن استخدام المتغير في الشبكات المعشقة، والتي تسمح بالاتصال من خلال اتصالات من نقطة إلى نقطة بين جهازين.
في الوقت نفسه، يمكن لتقنية Classic Bluetooth أو BR / EDR توفير البيانات بسرعة أعلى قليلاً من Bluetooth LE (3 ميجابت في الثانية مقارنة بـ 1-2 ميجابت في الثانية)، ولكن يمكنها الاتصال مباشرة فقط بين جهازين باستخدام Used for-point-to- اتصالات نقطة. لذلك، كما هو معروف، يتمتع كل نوع من هذين النوعين من التكنولوجيا بنقاط القوة الخاصة به، وبالتالي، يقوم المصنعون بتطبيق إصدار على منتجاتهم يتناسب بشكل أفضل مع احتياجات منتجاتهم.
التعرف على كيفية عمل تقنية البلوتوث
يجب دائمًا إقران أجهزة Bluetooth BR / EDR، لأنه بعد ذلك يمكن للأجهزة الوثوق ببعضها البعض وتبادل البيانات بطريقة آمنة باستخدام الرموز المشفرة. عندما تدخل الأجهزة المزودة بتقنية Bluetooth BR / EDR في نطاق بعضها البعض، تحدث محادثة إلكترونية بين الاثنين للنظر في الثقة ببعضهما البعض من خلال الاقتران. تتم هذه المحادثة الإلكترونية تلقائيًا دون تدخل المستخدم بالضغط على أي زر. بمجرد إنشاء الاتصال والثقة بين الأجهزة، تشكل الأنظمة معًا شبكة.
من ناحية أخرى، تتميز تقنية Bluetooth LE بأداء مختلف عن منافستها. على الرغم من أن هذه التقنية تستخدم أيضًا اقتران الأجهزة لإنشاء علاقة موثوقة، فلا تحتاجها جميع الأجهزة. يمكن لجهاز مزود بتقنية Bluetooth LE بث رسائل معينة (تُعرف باسم الحزم) في عملية تسمى الإعلانات. تحتوي هذه الحزم على معلومات مفيدة حول جهاز الإخطار أو الجهاز الرئيسي، وفي الوقت نفسه، يجد جهاز آخر مناسب الجهاز الرئيسي عن طريق مسح حزم المعلومات هذه واختيار حزمة من جهاز موثوق ومناسب. بالطبع، كما تعلم على الأرجح، يحدث الفحص عادةً فقط عندما يقوم المستخدم بتنشيطه بالضغط على زر في الهاتف الذكي. بعد هذه الخطوة سيظهر للمستخدم تفاصيل الأجهزة المناسبة التي تم اكتشافها وبعد ذلك يمكنك اختيار واحد للاتصال به.
تشكل أجهزة Bluetooth الأخرى (على سبيل المثال، ساعة ذكية) المتصلة بجهاز مركزي (على سبيل المثال، هاتفك الذكي) شبكة منطقة شخصية (PAN)، أو " piconet "، والتي قد تمتد عبر مبنى بأكمله. أو تنتشر فقط في دائرة نصف قطرها قليلة أمتار. بمجرد إنشاء هذه الشبكة المحلية، يبث أعضاؤها (أجهزة Bluetooth الأخرى) ترددات راديو متزامنة للتواصل مع بعضهم البعض وتجنب التداخل مع شبكات Bluetooth المحلية الأخرى التي قد تكون في نفس الغرفة مع الأجهزة اللاسلكية الأخرى مثل Wi-Fi.
وتجدر الإشارة إلى أن عملية إرسال ترددات لاسلكية متزامنة تسمى قفز التردد التكيفي، وهي تسمح لأجهزة البلوتوث بالعمل بشكل جيد حقًا ودون تدخل حتى في البيئات التي بها عدد كبير من الأجهزة اللاسلكية.
ملاحظات حول نطاق أداء Bluetooth
على الرغم من أن العديد من الأشخاص يعتبرون تقنية Bluetooth في الأساس تقنية قصيرة المدى، إلا أنه من المثير للاهتمام ملاحظة أنه يمكن استخدامها لتوصيل أجهزة تفصل بينها مسافة كيلومتر (3280 قدمًا). في الواقع، تمتلك العديد من أنواع المنتجات مثل سماعات الرأس التي تعمل بتقنية Bluetooth نطاق اتصال قصير، ولكن نظرًا لأن تقنية Bluetooth مرنة للغاية ويمكن تهيئتها وفقًا لاحتياجات الجهاز المعني (المنتجات ذات الجيل الأول من Bluetooth لها نطاقات أكبر بكثير من 10 أمتار !).
في الواقع، يمكن للمصنعين تكوين إعدادات Bluetooth على أجهزتهم لتكون قادرة على دعم المزيد من النطاقات، مع إطالة عمر البطارية إلى أقصى حد للحصول على أفضل جودة إشارة.
على أي حال، بجانب هذه المشكلة، هناك عدة عوامل أخرى تؤثر على نطاق أجهزة البلوتوث:
- طيف الراديو: يجعل نطاق التردد الخاص بتقنية البلوتوث خيارًا جيدًا للاتصال اللاسلكي.
- الطبقة المادية (PHY): يحدد هذا العامل في البلوتوث بعض الجوانب الرئيسية لإرسال واستقبال البيانات، مثل معدلات البيانات، وكيفية اكتشاف الأخطاء وتصحيحها، والحماية من التداخل مع الأجهزة الأخرى، والتقنيات الأخرى التي تؤثر على وضوح الإشارة في نطاقات مختلفة.
- حساسية جهاز الاستقبال: يقيس هذا العامل الحد الأدنى من قوة الإشارة التي لا يزال بإمكان المستقبل استقبال البيانات وفك تشفيرها بشكل صحيح.
- قوة الإرسال: كما قد تتوقع، كلما زادت قوة الإشارة المرسلة، زاد النطاق الذي تدعمه. لكن عليك أن تضع في اعتبارك أن زيادة قوة النقل ستؤدي أيضًا إلى استنزاف البطارية بشكل أسرع.
- كفاءة الهوائي (كسب الهوائي): يتكون هذا العامل بشكل أساسي من تغيير الإشارات الكهربائية إلى موجات الراديو في جهاز الإرسال وإعادتها إلى جهاز الاستقبال في شكل كهربائي.
- خسارة المسار: قد تضعف عدة عوامل الإشارة، بما في ذلك المسافة والرطوبة والعوائق المعدنية والخشبية وما إلى ذلك في المسير.
أحد أحدث التحديثات لتقنية Bluetooth هو تقنية تسمى Forward Error Correction (FEC)، والتي تم تقديمها لتحسين حساسية أجهزة الاستقبال. تقوم هذه التقنية باكتشاف وتصحيح الأخطاء في البيانات في نهاية المسار إلى المستقبل، وفي مثل هذه الحالة، يتم تحسين النطاق الفعال للجهاز بأربع مرات أو أكثر، دون الحاجة إلى زيادة قوة الإرسال. هذا يعني أنه يمكن للجهاز استقبال البيانات المرسلة عبر مسافات أطول بكثير من جهاز الإرسال بنجاح دون إضعاف الإشارة.
الخصوصية والأمان في تقنية Bluetooth
تتضمن تقنية Bluetooth عددًا من إجراءات الأمان التي يمكن أن تلبي حتى أكثر معايير الأمان صرامة، مثل تلك الواردة في معايير معالجة المعلومات الفيدرالية (FIPS). عند إعداد Bluetooth على جهاز جديد، يمر المستخدمون عادةً بعملية تسمى إقران الجهاز. في هذا الصدد، من المثير للاهتمام معرفة أن هذه العملية مزودة بمفاتيح أمان خاصة في كل جهاز، والتي توفر الثقة للأجهزة من أجل الاقتران. بطبيعة الحال، لن يتصل الجهاز الذي يحتاج إلى إقران بجهاز آخر لا يتطابق مع المفتاح.
تسمح مفاتيح الأمان هذه لتقنية Bluetooth بحماية البيانات والمستخدمين بعدة طرق. على سبيل المثال، يمكن تشفير المعلومات المتبادلة بين الأجهزة بحيث لا يمكن قراءتها بواسطة الأجهزة الأخرى، ويمكن إخفاء الجهاز أو إلغاء تحديد هويته كل بضع دقائق. وبطبيعة الحال، فإن هذا يحمي المستخدمين من مخاطر التعقب باستخدام البيانات المرسلة بواسطة الأجهزة الشخصية.
تتطلب بعض الأجهزة رمز مصادقة للأمان عند الاقتران بجهاز آخر، مما يضمن أن الجهاز الذي تقترن به جدير بالثقة تمامًا. على سبيل المثال، تسمح لك العديد من السيارات بإجراء مكالمات دون رفع يديك عن عجلة القيادة. في هذه الأنواع من الأنظمة، في المرة الأولى التي تريد فيها إقران هاتفك الذكي بنظام صوت السيارة، ستمنحك السيارة رمزًا لكتابة هاتفك. في هذه الحالة، يكون هاتفك متصلاً بالسيارة برمز أمان و يتم الحفاظ على أمنك.
