متخصصین مخابرات و الکترونیک گرگان

  موسسه غيرانتفاعي فخرالدين اسعد گرگاني

موضوع: بلوتوث

نام درس: مخابرات سيار

نام استاد: سيد كيوان كاظمي

نام دانشجو: امير سقائي

پائيز 1391

 

 فهرست مطالب

مقدمه                                                                                        

تکنولوژیwlan                                                                          

توپولوژیهای شبکه های بیسیم                                                         

مزایای شبکه های بیسیم                                                                

بلوتوث                                                                                       

نتیجه گیری                                                                                

مراجع                                                                                        

 مقدمه:

شبكه‌هاي كامپيوتري بي‌سيم محلي (WLAN) و كاربرد آن در جامعه و بويژه محيط‌هاي عملياتي خاص كه در آنها برپائي شبكه‌هاي معمولي سيمي مقدور نمي‌باشد و يا برپائي آنها باعث كاهش كارائي تجهيزات كامپيوتري مي‌گردد، موضوع اين تحقيق مي‌باشد. دربخش نخست اين تحقيق تجهيزات نصب اين نوع شبكه‌ها ، تكنولوژيهاي مورد استفاده در آنها و همچنين مسائل امنيتي اين شبكه‌ها مورد بررسي قرار گرفته اند.

در ادامه به معرفي استاندارد Bluetooth به عنوان يكي از انتخابهاي جايگزين اتصالات كابلي قابل حمل پرداخته شده است . استاندارد Bluetooth به عنوان يك تكنولوژي كه از طول موجهاي راديويي كوتاه استفاده ميكند جهت كاربردهاي طول موج كوتاه¹ مطرح شده است وقابليت استفاده بي سيم از ابزار آلات متفاوت را در يك شبكه به ما مي دهد.

استفاده از اين استاندارد، مزاياي زيادي داردكه سادگي و ارزان بودن آن از جمله آنها مي باشد و اين استاندارد دسترسي بيسيم به شبكه هاي محلي و شبكه تلفن موبايل و اينترنت رابراي ما ممكن مي سازد .

در اين پروژه سعي گرديده تا به امكانات و قابليتهاي اين استاندارد و معماري پايه اي و ظرفيت آن ولايه هاي مختلف آن بحث شود.

شبكه بي‌سيم محلي WLAN  مجموعه‌اي انعطاف پذير براي مبادله اطلاعات است كه جايگزين مناسبي براي شبكه‌هاي سيمي محسوب ميگردد.

در اين نوع شبكه با استفاده از امواج راديوئي و برخي فن‌آوري‌هاي ديگر ، داده‌ها از طريق هوا ارسال و دريافت مي‌گردند و با اين كار نياز به ارتباطات سيمي به حداقل مي‌رسد. همچنين مزيت اين شبكه ها اينست كه ارتباطات داده‌اي در حال حركت را براي ما امكان پذير مي‌سازند.

اين شبكه‌ها محبوبيت خاصي در بين برخي مشاغل و مكانهاي عمومي مانند خدمات انبارداري، خدمات بيمارستاني و دانشگاهها پيدا كرده‌اند. در اين محيطها از پايانه‌هاي دستي و Note Book ها براي ارسال همزمان اطلاعات به كامپيوترهاي مركزي ، استفاده مي‌كنند.

برخي مزيتهاي شبكه‌هاي بي‌سيم:

در اين نوع از شبكه‌ها كاربران بدون نياز به اتصال فيزيكي به شبكه مي‌توانند به اطلاعات دست پيدا ‌كنند. مديران اين نوع از شبكه‌ها مي‌توانند شبكه‌هاي بزرگي بدون نياز به سيم‌كشي برپا كنند.

• قابليت تحرك :

در اين نوع شبكه كاربران قابليت حركت در عين متصل بودن به شبكه را دارند. اين قابليت مزايائي داردكه در شبكه‌هاي سيمي امكان پذير نيست.

• انعطاف پذيري به هنگام نصب:

فن‌آوري بي‌سيم به ما امكان ميدهد به سادگي شبكه را گسترش دهيم و شبكه در جاهائي كه امكان سيم‌كشي وجود ندارد، قابل دسترس باشد.

• كاهش هزينه نگهداري:

با وجود آنكه هزينه برپائي شبكه WLAN به مراتب از نمونه‌هاي سيمي بيشتر است ، ولي هزينه‌هاي نگهداري شبكه‌هاي بي‌سيم به مراتب كمتر است.

 

 • مقياس پذيري:

تغيير پيكربندي شبكه‌هاي WLAN به سادگي قابل تغيير است و WLAN ها با توپولوژي هاي مختلف مي‌توانند به يكديگر متصل شوند. از شبكه‌هاي نظير به نظير تا شبكه Full Infrastructure كه هزاران كاربر مي‌توانند به شبكه متصل شوند.

برخي كاربردهاي شبكه‌هاي محلي بي‌سيم در جامعه:

• برپائي شبكه كامپيوتري در محلهائي كه امكان عبور سيم در آنها به دليل مسائل محيطي وجود ندارد مانند اماكن تاريخي و باستاني

• هر سازماني كه به دلايلي نمي‌خواهد شبكه سيمي داشته باشد مانند داشتن فضاي استيجاري يا سايتهاي موقتي

• كاربراني كه دائما در حال حركت مي‌باشند مانند پزشكان و كادر درماني

• شبكه‌هاي كامپيوتري بيمارستانها براي ارتباط با نقاط حساس و بيماران در حال حركت

• فرودگاهها ، بنادر و ايستگاههاي راه‌آهن براي نظارت كامپيوتري بر تردد بار و مسافر

• انبارها به منظور كنترل و خدمات انبارداري و بازرسي كالا

• كارخانجات جهت ارتباطات پيشرفته‌تر و انعطاف پذيرتر

• ايستگاههاي موقت جهت خريد و فروش ، پيش‌بيني وضعيت آب و هوا و آلودگي، كنترل و نظارت گمركي و پليسي مانند پليس جنائي و راهنمائي و رانندگي و . . .

 

روشهاي "امكان سنجي، طراحي ، راه اندازي" شبكه هاي Wireless:

هدف از برقراري ارتباطات بي سيم گستردن شبكه ارتباطي وسيع بين ساختمان هاي يك مجموعه است. به گونه اي كه هر ساختمان بوسيله چنين روشي به شكل كاملا" مستقل از بسترهاي معمول مخابراتي (سيم و كابل) با ساير ساختمان هاي مجموعه ارتباط برقرار كرده و از سرويس هاي گوناگون كاربردي بهره مند گردد.اين ساختمان مي تواند يك مجموعه اداري،يك كارخانه و يا يك محل مسكوني و از اين دست باشد.

چنين گسترده وسيعي كه قلمروي آن مي تواند تا حد يك شبكهMAN وسعت گيرد. بالقوه تواناست تا به عنوان شاهراه ارتباطي  داخل سازماني ايفاي نقش كرده و در كنار بسياري از ارتباطات پر سرعت، بتواند نقش ذخيره را نيز برعهده گيرد.

متدولوژي امكان سنجي، طراحي و راه اندازي:

طراحي شبكه هاي Wireless به دو عامل بسيار مهم بستگي دارد. هر كدام از اين عوامل به فراخور نيازهاي خود، ويژگي هاي خاصي دارد كه همگي به صورت زنجيروار در نحوه طراحي و اجراي سيستم موثرند. لذا در مرحله اول بايد به بررسي اين عوامل و موارد كلي كه زير مجموعه آنها قرار دارند، بپردازيم.

در طراحي يك شبكه Wireless مي بايست ابتدا به بررسي شرايط محيطي و امكان پذيري برقراري ارتباط پرداخته مي شود. بررسي شرايط داراي فاكتورهاي خاصي بوده و ابزارهاي متناسب با آن را مي طلبد.

  

 

گام اول بازديد از نقاطي است كه مي بايست به يكديگر متصل شوند؛ پس از آن به كمك ابزارهايي از قبيل نقشه توپوگرافي منطقه، قطب نما، ارتفاع سنج، دوربين، دستگاه GPS و تجهيزاتي متفاوت ديگر به بررسي شرايط موجود پرداخته و ارتفاع مورد نياز براي بدست آوردن Line of sight بين دو نقطه محاسبه مي شود.

در گام بعدي با توجه به اطلاعاتي كه ابزارهاي مذكور در اختيار قرار مي دهند، مشخص خواهد شد ارتباط به صورت مستقيم ممكن است و يا خير.

اگر ارتباط مستقيم بين دو نقطه به دليل قرار گرفتن موانع طبيعي ممكن نباشد مي توان از نقطه سومي كمك گرفت كه به سمت اين دو نقطه ديد كاملا مستقيم دارد. در اين حالت ارتباط ساختمان A با ساختمان B از طريق ساختمان C برقرار خواهد شد. در غير اينصورت امكان ايجاد ارتباط Wireless وجود ندارد.

ممكن است ارتفاع هر دو ساختمان به اندازه كافي، مناسب بوده و نيازي به نصب دكل باشد، موارد ديگري مطرح مي شود كه بايد به دقت مورد بررسي و كارشناسي قرار بگيرد.

تعيين نوع دكل:

دكل هاي مخابراتي به صورت كلي به دو دسته دكل هاي مهاري و دكل هاي خودايستا تقسيم مي شوند. دكل هاي مهاري اغلب بر روي پشت بام نصب مي شوند، حال آنكه دكل هاي خودايستا مي بايست بر روي زمين نصب شوند اگر بخواهيم از دكل هاي استفاده كنيم بايد به عواملي همچون طول و عرض و وضعيت پشت بام، نوع پوشش سقف و استحكام و مقاومت آن توجه كافي داشته باشيم.

بر روي ساختمانهائي كه پشت بام آنها فضاي كافي براي مهار نمودن دكل از سه طرف ندارد و يا سقف با پوشش شيرواني دارند نمي توان دكل نصب نمود.

از سوي ديگر براي نصب دكل هاي خودايستا، نياز به فضاي باز بيرون از ساختمان است.

دكل هاي خود ايستا نياز به فوندانسيون و پايه بسيار مستحكمي دارند.

از سوي ديگر بعد از اينكه پس از بررسي ها مقرر شد ايجاد ارتباط به صورت Wireless ممكن است بايد به موارد ديگري پرداخته شود.

تعيين پارامترهاي راديويي:

در تعيين نوع تجهيزات بايد به پارامترهاي مختلفي توجه داشت.

الف) انتخاب نوع دستگاه:

براي انتخاب نمودن دستگاه Wireless بايد به عوامل متعددي توجه داشت.

مواردي از قبيل سرعت و پهناي باند، نوع وحجم اطلاعاتي كه بايد رد و بدل شود، برنامه هاي كاربردي اي كه بايد از روي لينك اجرا شود و مواردي از اين نوع در انتخاب نوع تجهيزات نقش مهمي برعهده دارند بر اساس استاندارد و پرونكل ارتباطي كه دستگاه از آن تبعيت مي كند، سرعت و پهناي باند آن تعيين مي شود همچنين پارامترهايي چون باند فركانسي، الگوريتم امنيت شبكه، قدرت خروجي دستگاه و ... با توجه به پروتكل ارتباطي مشخص خواهد شد.

ب) انتخاب نوع آنتن:

فاصله بين دو نقطه، توپولوژي ارتباطی، زاويه دو نقطه نسبت به يكديگر و همچنين هم بندي ارتباطي هم و مواردي از اين دست نيز، نوع آنتن را مشخص خواهد نمود.

 

  

تكنولوژي WLAN :

ميتوان گفت در حالت كلي 2 نوع فن آوري براي ارسال اطلاعات در شبكه هاي WLAN وجود دارد كه عبارتند از :‌ فن آوري مادون قرمز(‌IR ) و فن آوري فركانس راديويي(‌RF ) ‌ .

(INFRARED(IR :

اين روش براي ارسال اطلاعات در يك فضاي بسته مناسب است زيرا پرتوهاي مادون قرمز نمي توانند از ديوارها وموانع عبور كنند در اين فناوري فرستنده و گيرنده بايد نسبت به هم ديد مستقيم داشته باشند . يكي از فناورهايي كه مي توان گفت مكمل اين فناوري مي باشد روش پخش كردن IR يا فن آوري مادون قرمز انتشاري مي باشد . اين فن آوري ميتواند در محيطهايي كه موانعي مثل ديوار وغيره دارند كارايي داشته باشد . امنيت در اين روش بسيار بالا مي باشد وسرعتي معادل 100 مگا بايت در ثانيه را پشتيباني مي نمايد . قدرت كم و هزينه كم اين تكنولوژي باعث شده است تا بازه كوچكي از شبكه ها را دربرگيرد .

فركانس راديويي :

حركت كردن الكترونها در يك رسانه باعث توليد امواج الكترو مغناطيسي ميشود . فركانس امواج راديويي بين 10 تا 10 هرتز مي باشد . مزيت اين روش نسبت به روش IR اين مي باشد كه به علت راديويي بودن امواج مي تواند از بين ديوارها وساختمانها عبور كرده و در فضا منتشر شود .

ويژگيهاي فركانس راديويي:

1 - فركانس : به تعداد نوسانات كامل يك موج در ثانيه فركانس گويند و با واحد هرتز اندازه گيري مي نمايند.

 

2- طول موج : به فاصله بين 2 نقطه ماكزيمم متوالي يك موج و يا فاصلهاأي كه در يك نوسان كامل طي ميشود طول موج گويند و با واحد متر اندازه گيري مي نمايند .

3- سرعت انتشار : امواج راديويي در خلاء با سرعت نور يعني 10×3 متر بر ثانيه منتشر ميشوند .

دو نوع سيگنال RF براي ارسال اطلاعات مورد استفاده قرار ميگيرد كه عبارتنداز :

1- سيگنالهاي باند باريك NARROW BAND

2- سيگنالهاي طيف گسترده

در اين تكنولوژي اطلاعات بر روي دامنه أي از فركانس ها ارسال مي شود . اين فن آوري يكي از متداول ترين فن آوريها براي شبكه هاي WLAN ميباشد . در اين روش اطلاعات در فركانسهاي گوناگون ارسال ميشود و همين امر باعث ميشود تا نويز پذيري سيگنال در اين روش به حد اقل برسد . در ضمن سيگنال طيف گسترده را نمي توان به سادگي تخريب كرد . همچنين اين سيگنال توسط ساير سيگنالها گسسته نميشود .

استاندارد802.11:

در تاريخ 26 جوئن 1997 به عنوان اولين استاندارد بين المللي شناخته شده براي WLAN از طرفIEEE بوجود آمد . اين استاندارد شامل 3 استاندارد است . 2 استاندارد براي طيف گسترده و يكي براي مادون قرمز .

اين استاندارد لايه فيزيكي و زير لايهMAC از لايه انتقال اطلاعات درمدل OSI را در بر ميگيرد پروتكلي كه اين استاندارد براي لايه MAC معرفي كرده است CSMA/CA ميباشد كه مشابه پرتكلA/CD در استاندارد IEEE 802.3 ميباشد.

استاندارد 802.11 خود به چند استاندارد مختلف تقسيم ميشود كه عبارتند از :

802.11a  ---     802.11b ---- 802.11b+ ---- 802.11g

مقايسه اين استانداردها در جدول زير آمده است .

 

چنانچه از جدول مشخص است استاندارد802.11a با سرعت 54-72Mbps ( در مد Turbo در سرعت 72 ) روي فركانس 5GHZ كار ميكند .

استاندارد 802.11b با سرعت 11 Mbps و روي فركانس GHZ 24 كار ميكند .

استاندارد 802.11b+ با سرعت 22 Mbps و روي فركانس 2.4 GHZ كار ميكند .

اين استاندارد ميتواند با تمامي دستگاههايي كه روي استاندارد 802.11b كار ميكنند سازگار باشد .

در ضمن 256 بيت را نيز به عنوانcryption شامل ميشود .

استاندارد هاي ديگري نيز به عنوان استاندارد دوگانه مطرح ميباشند كه تمامي استاندارد هاي مذكور را در بر ميگيرند مثل استاندارد 802.11a/b/g كه با سرعت 11-54 Mbps روي فركانس 24 GHZ/5GHZ كار ميكند.

مزيت دستگاههايي كه داراي اين استاندارد ميباشند بر اين است كه ميتوانند با دستگاههايي كه روي استاندارد هاي مختلف كار ميكنند سازگار باشند .

لايه فيزيكي در 802.11 :

تمام پنج تكنيك انتقال راديويي ، اين امكان را فراهم كرده اند كه يك فريم MAC از ايستگاهي به ايستگاه ديگر منتقل شود. تفاوتهاي آنها در تكنولوژي به كار رفته و سرعت قاب حصول آنهاست . پرداختن به جزئيات اين روشها از حوصله اين پروژه خارج است وليكن چند كلمه صحبت در مورد آنها و بخصوص معرفي كلمات كليدي آن مي تواند به علاقمندان كمك كند تا بتواند براي كسب آگاهي بيشتر ، در اينترنت يا مراجع ديگر جستجوكنند. در گزينه امواج مادون قرمز از امواج پخشي با طول موج 85% يا 95% ميكرون بهره گرفته شده است .

در اين روش سرعتهاي 1 و 2 مگابيت در ثانيه مجاز مي باشد. در نرخ 1Mbps از روش كدينگ خاصي به نام Gray code استفاده شده كه در آن گروه هاي 4 بيتي به يك كلمه كد 16 بيتي تبديل مي شوند به نحوي كه در اين كلمه 16 بيتي تنها يك بيت 1 و پانزده بيت وجود دارد اين كد داراي اين ويژگي اساسي است كه خطائي كوچك در سنكرونيزاسيون زمان ، در سرعت 2Mbps ، دو بيت اخذ و يك كد چهار بيتي توليد مي شود كه در آن تنها يك بيت 1 وجود دارد.يعني هر دو بيت به يكي از چهار حالت 1000,0100,0010,0001 نگاشته مي شود . سيگنال هاي مادون قرمز نمي توانند در موانعي مثل ديوار نفوذ كنند لذا سلولهائي كه در اتاقهاي مختلف ايجاد مي شود كاملاً از هم جدا و تفكيك شده هستند . عليرغم اين ، بدليل نرخ ارسال پائين و اين حقيقت كه نور خورشيد ، امواج مادون قرمز را در هود غرق ومحو مي كند از اين گزينه استقبال چنداني نشد.

درFHSS از 79 كانال مستقل استفاده شده كه هر يك از اين مانالها 1 MHz پهناي باند دارند و از پائينترين فركانس باند 2.4 GHz ISM شروع مي شوند. براي مشخص كردن دنباله فركانسهائي كه بايد بدانها پرش شود از يك مولد اهداد شبه تصادفي استفاده شده است . ماداميكه تمام ايستگاه ها در الگوريتم مولد اعداد از نقطه شروع يكساني استفاده كنند و از لحاظ زماني با هم سنكرون باشند همگي بطور همزمان به فركانسهاي يكساني پرس خواهند كرد .

مدت زماني كه ايستگاه ها در يك فركانس خاص باقي مي مانند اصطلاح زمان توقف ناميده مي شود و پارامتري قابل تنظيم است وليكن بايد كمتر از 400 ميلي ثانيه باشد. استفاده تصادفي از باند هاي فركانس هاي ، روش مناسبي براي تخصيص كانال بروشي غير معمول در باند ISM است . اين ويژگي كم و بيش به امنيت اطلاعات كمك خواهد كرد چرا كه اگر يك اخلالگر ترتيب پرشهاي فركانس يا پارامتر زمان توقف را نداند ، نمي تواند اطلاعات كانال را استراق سمع كند . در فواصل دور، محو شدگي سيگنال بدليل چند مسيره شدن سيگنال اشكال عمده اي به حساب مي آيد و خوشبختانه FHSS در مقابله با اين مشكل ، موفق عمل ميكند . همچنين اين روش نسبت به تداحل راديوئي ، نسبتاً حساس نيست و براي ايجاد لينك بين ساختمانها بسيار مناسب خواهد بود . بزرگترين اشكال اين روش پهناي باند كم آنست (1Mbps ) سومين روش مدولاسيون يعني DSSS نيز به يكي از نرخهاي

1 يا 2 مگابيت بر ثانيه محدود شده است . تكنيك به كار رفته در DSSS تا حدودي مشابه به سيستم CDMA است. هر بيت در قالب يازده تراشه ارسال مي شود كه به دنباله باركر مشهور است . در اين روش از مدولاسيون تغيير فازt با نرخ تغيير 1Mbaud استفاده شده كه وقتي در نرخ 1Mbps عمل مي كند در هر تغيير فاز يك بيت ولي وقتي در نرخ 2 Mbps عمل مي كند در هر تغيير فاز ، دو بيت منتقل مي گردد.

براي سالهاي متمادي سازمان fcc سازمان تخصيص فركانس فقط اجازه مي داد كه تجهيزات مخابرات بي سيم در ايالات متحده ، صرفاً از باند ISM و طيف گسترده استفاده كنند ولي ظهور تكنولوژيهاي جديد به لغو اين قانون در سال 2002 انجاميد.

اولين شبكه محلي بي سبم پر سرعت يعني 802.11a با بهره گيري از مدولاسيون OFDM در باند فركانسي 5-GHz عمل مي كرد تا به سرعت 54Mbps دست يابد . اگر بخواهيم با استعارات FDM سخن بگوئيم ، در OFDM از 52 زير كانال فركانسي استفاده شده كه 48 تا از آنها براي داده و 4 تا براي سنكرونيزاسيون كاربرد دارد و بي شباهت به ADSL نيست . از آنجايي كه ارسال بطور همزمان بر روي فركانسهاي متفاوتي انجام ميشود لذا اين روش گونه اي از روشهاي مبتني بر طيف گسترده محصوب مي شود وليكن با روشهاي CDMA يا FHSS كاملاً متفاوت است . تقسيم سيگنال به تعداد بسيار زيادي باند باريك در مقايسه با استفاده از يك باند باريك و امكان استفاده از باندهاي غير مجاز اشاره كرد. در اين روش از سيستم كدينگ پيچيده اي ميتني بر مدولاسيون تغيير فاز براي سرعت زير 18Mbps و مدولاسيون QAM براي سرعت هاي بالاتر استفاده شده است .

در سرعت 54 Mbps ، 216 بيت داده به سمبول هاي 288 بيتي كد مي شود . بخشي از انگيزه هاي حلق OFDM سازگاري آن با سيستم اروپائي HiperLAN/2 بوده است .

 

 وظايف لايه فيزيكي در شبكه :WLAN

وظايف لايه فيزيكي در شبكه WLAN بطور كلي بصورت زير ميباشد .

1-مدولاسيون و كد دهي : اطلاعات ابتدا مدوله شده و سپس به مقصد ارسال ميشوند .

2- پشتيباني از سرعت هاي مختلف براي مبادله داده ها

3- كانال را حس كند تا بفهمد كه آيا اشغال است يا خير

4- اطلاعات را ارسال و دريافت كند .

ايجاد شبكه هاي بي سيم در پهناي باند مورد نظر بر اساس يك سري از تكنولوژي هاي ارتباطي خاص صورت مي گيرد.

1- FHSS :

همانگونه كه از نام آن پيداست سيگنالهاي داده را به چندين فركانس گسسته تقسيم ميكنند .

FHSS يا استاندارد 802.11 : مشخصه بارز اين روش در اين است كه يك باند حامل فركانس ارسالي را همواره در يك بازه مشخص تغيير ميدهد . واين باعث ميشود كه شبكه هاي بي سيم ديگر كه در محيط وجود دارد تداخلي با شبكه ما به وجود نياورد .

FHSS :‌ نسبت به نويز محيط از مصونيت بالايي برخوردار است زيرا ازكانالهاي مختلف براي ارسال اطلاعات استفاده ميكند . يعني هر زمان كه يكي از كانلها داراي نويز شد FHSS ميتواند اطلاعات آن كانال را مجددا از طريق كانال ديگري ارسال نمايد جدول فركانسها وكاناهاي FHSS در زير آمده است .

  

(پهناي باند در روش FHSS و 3 MB PS مي باشد وتا فاصله تغريبي 320 متر را تحت پوشش قرار مي دهد ) در ضمن چنانچه از جدول پيداست اين روش از فركانس 2.4 GHZ براي انتقال اطلاعات استفاده ميكند .

2- DSSS:

در اين روش بيت داده ها را به 3 فركانس مختلف در فركانس 2.4 تقسيم ميكنند كه هركدام از اين قسمتها الگويي از بيتها مي باشد كه به آنها Chip ميگويند . براي اينكه بتوانيم بيتهاي Chip را توليد كنيم هر قسمت از اطلاعات به الگويي از بيتها تبديل مي كنيم و با كدهاي شبه تصادفي مي كنيم . نتيجه عمليات Xor بيتهاي Chip را به ما ميدهد.

اين روش منجر به مدولاسيوني با سرعت بالا خواهد شد زيرا فرستنده Chip ها را بر روي وسيعتري از فركانس ارسال ميكند . درضمن در سمت گيرنده نيز عمليات دقيقا برعكس جهت رمز گشايي اطلاعات روي همان كد شبه تصادفي انجام مي پذيرد . هر چه تعداد تقسيمات يك بيت به چند بخش بيشتر باشد باند فركانس نيز افزايش خواهد يافت استاندارد IEE802.11 توصيه ميكند كه هربيت شامل 11 قسمت ميباشد

روش DSSS ميتواند دو روش مدولاسيون را پشتيباني نمايد :‌

الف )‌DBPSK :‌ اين روش براي انتقال اطلاعات با پهناي باند 1 مگا بايت بر ثانيه مورد استفاده قرار مي گيرد.

ب )QPSK: اين روش براي انتقال اطلاعات با پهناي باند 2 مگا بايت بر ثانيه مورد استفاده قرار مي گيرد .

هرچه طول Chip بيشتر باشد احتمال دستيابي به اطلاعات كمتر وامنيت بيشتر خواهد بود .

تجهيزات:

تجهيزات يك شبكه بي سيم شامل موارد زير ميباشد:

1- كارت

2- نقطه دسترسي

3- پل واسط

4- آنتنهاي معمول

1.كارت :

 براي اتصال كامپيوترهاي سرويس دهنده و سرويس گيرنده به شبكه بي‌سيم مورد استفاده قرار ميگيرند و داراي استانداردهاي صنعتي مختلفي ميباشند و در دو قالب ISA و ‍PCMCIA موجود ميباشند.

 

2. نقطه دسترسي:

اين يك Hub68 بيسيم هوشمند است.  Access Point با ترافيك داده بي‌سيم مديريت ميشود و ارتباطات بين شبكه‌هاي بي‌سيم و دريافت كننده هاي بي‌سيم و شبكه هاي سيمي را برقرار ميكند. يك شبكه كامل بي‌سيم ميتواند فقط از Access Point و Client ها تشكيل گردد. شبكه اي كه با استقاده از Access Point تشكيل ميشود را زير بنا گويند.

Access Point داراي يك پورت اترنت ميباشد كه با سرورها از اين طريق ارتباط برقرار ميكند ولي با Portable Device ها و Client ها با استفاده از بيسيم و آنتن ارتباط برقرار ميكند. حداكثر برد يكAccess Point ‏ 100 متر ميباشد.

3.پل واسط Bridge:

به طور بي‌سيم ، ارتباط چندين LAN ياWLAN را برقرار ميكند.اين وسيله از آنتن براي برقراري ارتباط در مسافتهاي دور استفاده ميكند. اتصال شبكه‌هاي بيسيم در بين ساختمانها و يا ارتباط اطلاعاتي بين ساختمانها و Access Point از موارد استفاده از Bridge ميباشد و به صورت نقطه به نقطه  ويا چند كاربره استفاده ميشود.

 4.آنتنهاي معمول:

سيگنالهاي شبكه‌هاي بيسيم بايد يك سري خصوصياتي داشته باشند و با يك قالب خاص و در يك محدوده فركانسي مشخصي ايجاد شوند.

شكل آنتنهاي معمولي در شبكه هاي بي سيم محلي :

 5. تقويت كننده سيگنال :

براي مسافتهاي طولاني ممكن است به چندين تعداد از اين تجهيزات براي تقويت سيگنالهاي راديوئي نياز داشته باشيم. تقويت كننده ها بر روي خط مابين Access Point و يا Bridge و آنتن‌ها گذاشته ميشوند.

6. نرم افزار :

نرم افزارها به منظور برقراري ارتباط بين PC Card ها و Access Point ها مورد استفاده قرار ميگيرند و استاندارد SNMP يا Simple Network Management Protocol را براي مديريت بر عمليات شبكه بي‌سيم بكار ميبرند.

توپولوژيهاي شبكه هاي بي سيم :

به طور كلي ميتوان گفت شبكه هاي بي سيم عمدتاّ توپولوژي مختلف ميتوانند داشته باشند:

1- روش hoc-Ad

2- روش Infrastructure يا (basic service set )

3- روش پوششي

4- اتصال بي سيم

1- Ahoc :

در اين توپولوژي كه مشابه توپولوژي Mesh در شبكه هاي سيمي ميباشد هر نود ميتواند با ساير نودها مستقيماّ در ارتباط باشد .

 2- روش زير بنايي:

در اين توپولوژي دستگاهي به نام Access point مطرح ميشود AP در واقع نقش يك شبكه سيمي را بازي ميكند و به عنوان يك مركز براي پخش امواج راديويي و سيگنال داده به ساير كامپيوتر ها در شبكه WLAN عمل ميكند .

 3- روش پوششی:

در اين روش تعدادي AP به چند Node در شبكه در حال سرويس دهي ميباشند هر كامپيوتر كه بهترين ارتباط را با يك AP داشته باشد از آن AP سرويس ميگيرد و چنانچه يك كامپيوتر تغير محل دهد در مكان جديدي قرار گيرد AP خود را به نزديكترين AP تغيير ميدهد .

4- پل بيسيم:

اين توپولوژي خود شامل 2 توپولوژي ميباشد :

الف) point to point در اين روش 2 bridge به صورت wireless دو شبكه LAN را به هم وصل ميكنند .در مواقعي كه بخواهيم شبكه LAN دوساختمان را به هم وصل كنيم از اين روش استفاده ميكنيم.

 ب) يك نقطه به چندين نقطه در اين روش يك نقطه به عنوان مركز قرار ميگيرد و نقاط اطراف به عنوان نقاط راه دور روي پل  هاي Wireless قرارميگيرند . در مواقعي كه بخواهيم شبكه LAN يك ساختمان مركزي را به چند ساختمان Remote متصل كنيم از اين روش استفاده ميكنيم.

 مزاياي شبكه هاي بي سيم:

همواره يكي از دلايلي كه شبكه هاي سيمي را محدود مينمايد سختي در توسعه شبكه ميباشد . در شبكه هاي سيمي اگربخواهيم يك نود به شبكه اضافه نماييم ناچاريم هزينه هاي سنگين خريد Hub و كابل كشي را بپذيريم اساس شبكه هاي بي سيم بر همين اساس ميباشد چرا كه در يك شبكه بي سيم در صورت اضافه شدن يك نود تنها و تنها يك عدد كارت شبكه به راحتي بر روي كامپيوتر مورد نظر نصب ميشود و بدين صورت آن كامپيوتر وارد شبكه كامپيوتري ميشود شبكه LAN يك سيستم انعطاف پذير براي مبادله اطلاعات است كه به صورت يك مدل توسعه يافته براي شبكه هاي LAN پياده سازي شده است با استفاده از تكنولوژي انواج راديويي (RF) داده از طريق هوا فرستاده ميشود كه با اين كار نياز به ارتباطات سيمي به حداقل ميرسد .

بعلاوه شبكه هاي بي سيم ارتباط پذيري داده را با قابليت حركت تركيب ميكند .

شبكه هاي بي سيم محبوبيت زيادي در بين فروشگاههايي كه شامل خدمات بيمارستاني انبار داري و دانشگاهي هستند پيدا كرده اند . امروزه شبكه هاي بي سيم به عنوان يك جاي گزين همه منظوره در ارتباط پذيري براي گستره وسيعي از مشتريان و تجار شناخته شده است . يك شركت تحقيقاتي پيش بيني كرده است كه تجارت از طريق شبكه LAN بي سيم جهاني به 6 برابر توسعه خواهد يافت و در آمد آن به بيش از دو ميليون دلار ميرسد .

از طريق شبكه هاي LAN بي سيم كاربران ميتوانند به اطلاعات مشتركي دستيابي پيدا كنند بدون اينكه لازم باشد جايي را براي اتصال پيدا كنند و مديران شبكه ميتوانند شبكه هايي را بدون نياز به نصب يا جابجايي سيم ها راه اندازي كنند .

از ديگر مزاياي اين شبكه قابليت تحرك اين شبكه ها ميباشند سيستمهاي LAN بي سيم كاربرهاي LAN ميدارند كه ميتوانند به اطلاعات فوري و لحظه أي در هر جايي از سيستم دسترسي پيدا كنند . اين قابليت جابجايي مزايا و خدماتي را فراهم ميكند كه از طريق شبكه هاي سيمي امكان پذير نيست . سادگي و سرعت در نصب و راه اندازي يكي ديگر از مزاياي شبكه هاي بي سيم ميباشند .

يك سيستم WLAM سريع و آسان ميباشد و نياز به سيم كشي در سقف و ديوارها و كف را از بين ميبرد . انعطاف پذيري در نصب را نيز ميتوان از مزاياي شبكه هاي WLAN ذكر كرد .

شبكه هاي WLAN باعث كاهش هزينه هاي صاحبان شبكه شده و سيستم را تا حد ممكن توسعه ميدهد . با اينكه مخارج و هزينه هاي سخت افزار WLAN بيشتر از LAN سيمي ميباشد ولي با اين وجود مخارج نصب و هزينه هاي نگهداري به صورت قابل ملاحظه أي كمتر است .

سيستم هاي WLAN ميتوانند با توپولوژيهاي مختلفي پيكر بندي شوند . كه متناسب با كاربر يا نصب بخصوصي باشد . پيكر بندي ها به راحتي قابل تغيير است.

       (12)

از حالت شبكه نظير به نظير كه تعداد كاربر ها كم است تا شبكه Full infrastructure كه هزاران كاربر ميتوانند در يك محيط و فضاي وسيع جا به جا شوند .WLAN برقراري ارتباط در حين حركت را پشتيباني نموده و استفاده كنندگان ميتوانند كامپيوترهاي كيفي (Not book) خود را بدون قطع ارتباط جابجا كنند .

بيشتر WLAN ها قابلييت ايجاد ارتباطات مطابق با استانداردهاي صنعتي را با شبكه هاي سيمي مانند اينترنت يا Token ring دارند .

نود هاي WLAN ازنظر سيستم عامل هاي شبكه مانند هر نود ديگري از يك LAN ميباشند و با يكبار اتصال شبكه با نود بي سيم مانند هر جزءديگري از شبكه رفتار ميكند .

 بلوتوث (Bluetooth):

در سال 1998 شركت ال . ام . اريكسون علاقمند شد تا گوشي تلفنهاي همراه توليدي او بتوانند بصورت بي سيم به ابزارهاي ديگر ( مثل PDA ) وصل شوند . اريكسون و چهار شركت ديگر (آي بي ام .اينتل. نوكيا و توشيبا) يك <گروه SIG > تشكيل دادند تا استانداردي بي سيم براي اتصال ايزارهاي مخابراتي / رايانهاي و ابزارهاي جانبي آنها طراحي كنند كه بردي كوتاه ، مصرف توان و پائين و قيمتي ارزان داشته باشد . نام اين پروپه ، بلوتوث انتخاب شد كه برگرفته از نام < هوالدبلاتاند دوم > ( مشهور به Bluetooth ) ، يكي از پادشاهان وايكينگ است (981-940 ) كه دانمارك و نروژ را با هم متحد كرد .

اگر چه تفكر اصلي ، رهايي از شر كابلهاي مابين دستگاه هاي ديجيتالي بود ولي به سرعت در حوزه هاي ديگر نيز گسترش يافت و به تدريج در حيطه شبكه هاي محلي بي سيم نيز وارد شد. اگر چه گسترش و رشد اين استاندارد، روز بروز كاربرد آنرا بيشتر مي كرد ولي در عوض چالشهائي بين اين استاندارد و 802.11 پديد آورد . نقطه شدت اين چالش آنجاست كه اين دو سيستم از لحاظ الكتريكي با يكديگر تداخل فركانسي دارند. اشاره به اين نكته مهم است كه شركت هيوليت پاكارد چندين سال قبل از آن شبكه اي مبتني بر نور مادون قرمز براي وصل بي سيم دستگاه هاي جانبي كامپيوتر عرضه كرده بود، ولي استقبال چنداني از آن نشد.

فارغ از همه اينها ، در ژولاي 1999 گروه طراح بلوتوث ، مشخصات هزار و پانصد صفحه اي از نسخه 1 آن يعني V1.0 را منتشر نمود . به فاصله كوتاهي ، گروه استاندارد سازي IEEE كه در انديشه تدوين استاندارد 802.15 براي شبكه هاي شخصب بي سيم بودند مستندات استاندارد بلوتوص را به عنوان مبناي كار خود برگزيدند و شروع به پلايش و تكميل آن نمودند . اگر چه ايتاندارد سازي چيزي كه مشخصات تفضيلي و مشروح آن در اختياراست و پياده سازي و هماهنگي داشته باشد) عجيب به نظر ميرسد ولي تاريخ نشان داده كه وجود يك استاندار باز كه توسط سازماني بي طرف مصل IEEE تدوين و مديريت مي شود عموماً كاربري يك تكنولوژي را ترويج و ترغيب خواهد كرد . اگر بخواهيم اندكي دقيقتر سخن بگوئيم بايد اشاره كنيم كه توصيف استاندارد بلوتوث براي سيستمي كامل تدوين شده كه از لايه فيزيكي تا لايه كاربرد را در بر مي گيرد در حاليكه كميته IEEE 802.15 فقط لايه هاي فيزيكي و پيوند داده را استاندارد سازي كرده و باقيمانده پشته پروتكلي خارج از برنامه اين استاندارد است.

هر چند IEEE اولين استاندارد (PAN ) را در سال 2002 با عنوان 802.15.1 به تصويب رساند ولي هنوز كنسرسيوم بلوتوث فعال و سر گرم بهبود و توسعه آنست . اگر چه نسخه استاندارد عرضه شده توسط كنسرسيوبلوتوث و IEEE ايمني نيستند ولي انتظار مي رود بزودي به يك استاندارد واحد همگرا شوند.

 

 معماري بلوتوث:

اجازه بدهيد بررسي سيستم بلوتوث را با مروري سريع بر دستاوردها و اهداف آ« آغاز نمائيم . واحد پايه در سيستم بلوتوث يك پيكونت است كه از يك گروه و حداكثر هفت گره پيرو فعال به فاصله حداكثر هفت گرو پيرو فعال (Active Slave Node) به فاصله حداكثر ده متر ، تشكيل شده است.در يك فضاي بزرگ و واحد مي توان چندين پيكونت داشت و حتي مي توان آنها را از طريق يك گروه كه نقش پل (Bride) ايفا مي كند به هم متصل كرد(به شكل زير نگاه كنيد ) به مجموعه اي از پيكونتهاي متصل بهم اصطلاحا شبكه متفرق / پراكنده گفته مي شود .

در يك پيكونت علاوه بر هفت گروه فعال پثرو ، مي تواند تا 255 گروه غير فعال وجود داشته باشد . اينها دستگاه هائي هستند كه گروه اصلي آنها را در خالت استراحت و كم توان وارد كرده تا مصرف باطري آن كاهش بايد.

يك ايستگاه در حالت غير فعال هيچ كاري نمي توان انجام بدهد به جز آنكه به سيگنال فعال سازي خود يا سيگنال Beacon كه از گروه اصلي مي رسد ، پاسخ بدهد . به غير از اين حالات ، دو حالت مياني در مصرف توان به نامهاي حالت Hold و Sniff نيز وجود دارد كه در اينجا بدان نخواهديم پرداخت .

دليل طراحي اصلي /پيرو  آن بود كه طراحان آن در نظر داشتند قيمت كل سيستم بلوتوث پياده سازي شده بر روي تراشه ، زير پنج دلار باشد. نتيجه اين تصميم گيري آنست كه گروه هاي پيرو {مثل صفحه كليدها ، موس ، چابگر} تقريباً غير همشمند و ساده هستند و اساسا آنچه را كه گروه اصلي (Master ) به آنها دستور بدهد اجرا مي كنند . يك پيكونت سيستمي ميني بر TDM متمركز  است كه در آن هسته مركزي (يعني گروه اصلي يا Master) بر سيگنال ساعت نظارت دارد و تعيين مي كند كه چه دستگاههي و در كدام برش زماني (Slot) مخابره داشته باشد . تبادل اطلاعات صرفاً بين گره مركزي و گروه هاي پيرو انجام مي شود و ارتباط مستقيم دو گره پيرو { مثلاً دو صفحه كليد يا دو چاپگر} ممكن نيست.

كاربردهاي بلوتوث:

بيشتر پروتكلهاي شبكه فقط كانالي را بين چند مولفه مخابراتي ، ساماندهي و ايجاد مي كنند و اجازه مي دهند طراحان برنامه هاي كاربردي به پياده سازي هر آنچه كه مورد نياز است بپردازند . به عنوان مثال 802.11 مشخص نكرده كه كاربران بايد صرفاً از كاربران بايد صرفا از كامپيوتر كيفي خود براي خواندن ايميل يا جستجو در وب يا هر چيز ديگري بهره بگيرند. برعكس ، در تشريح بلوتوث نسخه V1.1 از 13 كاربرد مختلف كه بايد از آنها پشتيباني شود، نام برده شده و براي هر يك ، پشته پروتكلي متفاوتي ارائه گرديده است . متاسفانه اين راهكار به پيچيدگي بسيار زيتد منتهي مي شود و ما از آن صرف نظر خواهيم كرد . اين سيزده كاربرد كه (پروفايل ) نام گرفته اند در زير فهرست شده اند با نگاهي اجمالي به پروفايلها ممكن است به آنچه كه كنسرسيوم بلوتوث در پي انجام بيشتر پي ببريم .

      

پروفايل عمومي دسترسي حقيقتاً يك برنامه كاربردي نيست بلكه بيشتر يك زير بناست كه بر اساس آن برنامه هاي كاربرهاي حقيقس ساخته و پياده مي شوند . وظيفه اصلي آن ارائه تمهيداتي اسست كه بتوان بين گروه اصلي (Master) و گروه پيرو (Slave) يك كانال مطمئن برقرار و آنرا حفظ كرد.

پروفايل تشخيص خدمات كه آنهم تقريباً عمومي و كلي است توسط دستگاههابراي آگاهي از خدماتي مه ديگر دستگاهها ارائه مي دهند ، استفاده مي شود. تمام دستگاههاي مبتني بر بلوتوث موظف به پياده سازي اين دو پروفايل هستند .بقيه پروفايلها اختياريند.

پروفايل درگاه سريال يك پروتكل انتقال است كه بقيه پروفايلها از آن بهره مي گيرند . اين پروفايل يك درگاه سريال را شبيه سازي مي كند و ببطور خاص براي كاربردهاي قديمي كه به خط سريال نياز دارند، سودمند است.

 

پروفايل عمومي مبادله شي ء يك ارتباط مبتني بر مدل مشتري/ سرويس دهنده ، براي انتقال داده ها اعريف كرده است . اگر چه هميشه مشتري ، آغاز كننده عمليات لست وليكن يك گره پيرو مي توان هم سرويس دهنده و هم مشتري باشد . همانند پروفايل درگاه سريال اين پروفايل تيز زير بناي ديگر پروفايلهاست .

گروه سه تائي پروفايلهاي بعدي به منظور كاربردهاي شبكه اي (Networking) تعريف شده اند . پروفايل دسترسي به LAN اجازه مي دهد كه يك دستگاه مبتني بر بلوتوث به يك شبكه ثابت متصل شود.

اين پروفايل رقيب مستقيم 802.11 است پروفايل شبكه مبنب بر شماره گيري (Dialup) انگيزه اصلي كل اين پروژه بوده است . اين پروفايل اجازه مي دهد كه يك كامپيوتر كيفي بتواند به يك تلفن همراه كه داراي مودم داخلي بي سيم است متصل شود.پروفايل دورنگار (FAX) شبيه به پروفايل شماره گيري است با اين تفاوت كه اجازه مي دهد ماشينهاي دورنگار بي سيم از طريق يك دستگاه تلفن همراه و بدون نياز به سيم ، اقدام به ارسال يا دريافت دورنگار كنند.

سه پروفايل بعدي در خصوص تلفن كاربرد دارند . پروفايل تلفن بي سيم راهي را براي اتصال گوشي يك تلفن بي سيم به دستگاه ثابت است. در حال حاضر تلفنهاي بي سيم خانگي را نمي توان به عنوان تلفن همراه به كارگرفت ولي در آينده شايد تلفن بي سيم و تلفن همراه در هم ادغام شوند.

پروفايل Intercom اين امكان را فراهم مي كند تا دو تلفن ، شبيه به واكي تاكي بهم متصل گردند. نهايتا (پروفايل گوشي –Headset-) امكان ارتباط بي سيم بين گوشي و ايستگاه ثابت (مثل هندزفري Hands Free) را فراهم مي كند كه به عنوان مثال براي صحبت با تلفن در حين رانندگي مفيد است.

سه پروفايل باقيمانده براي مبادله اشياء بين دو ابزار تعريف شده است . اشياء مي توانند فايلهاي داده ، تصوير يا كارتهاي تجاري باشند پروفايل سنكرواسيون براي بار كردن داده در درون كامپيوتر كيفي يا PDA (كامپيوتر هاي دستي ) در حين ترك منزل و جمع آوري اطلاعات پس از برگشت ، مفيد است.

آيا واقعاً نياز بوده كه تمام اين كاربردها به تفصيل تحليل شوند و براي هر كدام پشته پروتكلي متفاوتي تعريف گردد؟ شايد نه ! اما بخشهاي متفاوت اين استاندارد را گروه ها بر روي نيازهاي خاص خود متمركز بودند ، درنتيجه هر يك پروفايل مورد نظر خود را پديد آوردند.

براي توجيه اين موضوع به قانون كانوي بينديشيد.(در يكي از شماره هاي مجله Datamation در آوريل 1968، ملوين كانوي مشاهدات خود را بدين نحو منتشر كرد كه اگر n شخص را به نوشتن يك كامپايلر بگماريد، آنچه كه بدست خواهيد آورد يك كامپاير n-

 pass است {يعني كامپايلري كه در آن تعداد مراحل ترجمه يك برنامه ،n گذر مي باشد.} بعبارت عام ساهتار نهائي يك نرم افزار آيينه تمام نماي تركيب گروهي است كه آن را توليد كرده اند . شايد مي شد كه جاي سيزده پشته پروتكلي به دو پشته كلي بسنده كرد: يكي براي انتقال فايل و ديگري براي انتقال بي درنگ جريان اطلاعات.

پشته پروتكلي بلوتوث:

استاندارد بلوتوث پروتكلهاي متعددي دارد كه بطور ناموزون در چند لايه گروه بندي شده اند. ساختار لايه ها از مدل OSI ، مدل TCP/IP ، مدل 802 يا هر مدل شناخته شده ديگر تبعيت نمي كند . با اين وجود IEEE در حال اصلاح بلوتوت است تا با مدل 802 سازگارتر شود . معماري پروتكل بلوتوث كه توسط كميته 802 اصلاح شده در شكل زير مشاهده مي شود .

لايه زيرين (لايه راديو فيزيكي) است كه تقريبا متناظر با لايه فيزيكي از مدل OSI يا مدل 802 مي باشد اين لايه با انتقال راديوئي و مدولاسيون سركار دارد . بسياري از ملاحظاتي كه در طراحي اين لايه بايد مورد توجه قرار مي گرفت آن بود كه سيستم ارزان قيمت باشد و بطور انبوه در بازار عرضه شود.

(لايه باند پايه ) از جهاتي شبيه به زير لايه MAC است وليكن مولفه هائي از لايه فيزيكي را نيز در بر مي گيرد. اين لايه با مسائلي مثل چگونگي نظارت گروه اصلي (Master) بر برشهاي زماني و چگونگي گروه بندي اين برشهاي زماني در قالب فريمها، سركار دارد.

سپس لايه اي شامل يك گروه از پروتكلهاي مرتبط با هم ، تعريف شده است. مدير لينك (Link Manager)عمليات ايجاد كانالهاي منطقي بين دستگاهها ، شامل (مديريت توان مصرفي) ، (احراز هويت) (Authentication) و كيفيت خدمات (QoS) را بر عهده دارد. پروتكل تطبيق كنترل لينك منطقي (كه اغلب L2CAP گفته مي شود) وظيفه دارد لايه هايي را از درگيري با جزئيات ارسال ، راحت كند.اين لايه مشابه با استاندارد زير لايه 802LLC است ولي از لحاظ مسائلي فني با آن متفاوت است. دو پروتكل (كنترل) و (صدا) همانگونه كه از نامشان بر مي آيد با مسائل انتقال صدا و عمليات كنترل سروكار دارند. برنامه هاي كاربردي مي توانند.بدون نياز به L2CAP ، مستقيماً اين دو پروتكل را به خدمت بگيرند.

لايه بعدي يك لايه مياني است و تلفيقي از پروتكلهاي متفاوت را در مي گيرد.

در اين لايه از پروتكل IEEE 802 LLC ، بمنظور سازگاري با ديگر شبكه هاي سري 802 استفاده شده تست.

پروتكلهاي RF comm. , Telephony و Service Discovery صرفا مرتبط با بلوتوث هستندRF comm. (Radio Frequency Communication) ، پروتكلي جهت شبيه سازي استاندارد درگاه سريال (Serial port) است كه تمام pc ها از آن براي اتصال صفحه كليد ، موس و امثال آن استفاده مي شود. اين پروتكل براي آن طراحي شده تا بتوان از دستگاههاي قديمي بسهولت استفاده كرد .

پروتكل تلفني پروتكلي بي درنگ است كه براي سه پروفايل مبتني بر انتقال صدا بكار مي آيد. اين پروتكل همچنين تنظيم و قطع ارتباط را برعهده دارد. نهايتاً پروتكل تشخيص خدمات (Service Discovery) براي كشف و تشخيص اناع خدماتي كه درون شبكه عرضه مي شود ، كاربرد دارد.

بالاترين لايه ، محل قرار گرفتن انواع برنامه هاي كاربردي و پروفايلها است . اين لايه براي انجام كار از خدمات پروتكلهاي موجود در لايه هاي زير بهره مي گيرد. هر برنامه كاربردي ، و پروفايلها است . اين لايه براي انجام كار از خدمات پروتكلهاي موجود در لايه هاي زير بهره مي گيرد . هر برنامه كاربردي، زير مجموعه اي از پروتكلهاي مختص به خود را به خدمت مي گيرد. ايزارهاي ويژه اي مثل گوشي بي سيم بسته به نوع برنامه كاربردي آنها فقط به برهي از پروتكل ها نيازمندند.

لايه راديوئي در بلوتوث :

لايه راديوئي بيتها را از گروه اصلي به گره پيرو و بالعكس ، منتقل مي كند. اين لايه ، سيستمي با توان كم و برد ده متر است كه در باند فركانسي 2.4GHz ISM عمل مب كند . اين باند به 79 كانال يك مگاهرتزي تقسيم مي شود. مدولاسيون به كاررفته FSK و هر هرتز (هر سيكل) معادل يك بيت است كه جمعاً نرخ يك مگابيت بر ثانيه را در اختيار مي گذارد ولي بيشتر اين پهناي باند به دليل سرباز تلف مي شود.

براي تخصيص مناسب اين كانالها از روش پرش فركانس در طيف گسترده با نرخ پرس Dwell time ,1600 hops/sec معادل 625 ميكروثانيه بهره گرفته شده است .

چون بلوتوث و 802.11 هر دو باند 2.4GHz ISM و دقيقا در همان 79 كانال كار مي كنند لذا با يكديگر تداخل فركانس خواهد داشت . از آنجايي كه پرش فركانس در بلوتوث چون 802.11 و 802.15 هر دو استانداردهاي IEEE هستند لذا IEEE به دنبال راه حلي براي اين مشكل مي گردد ولي حل اين مشكل چندان ساده نيست چرا كه هر دو سيستم ، بدلبل مشابهب از اين باند فركانسي بهره گرفته اند : زيرا براي استفاده از اين باند فركانسي به اخذ هيچ مجوزي نياز نيست . استاندارد 802.11a از باند ديگر ISM (باند 5GHz) استفاده مي كند وليكن برد كمتري نسبت به 802.11b دارد (دليل ماهيت فيزيكي امواج راديوئي اين باند ) لذا استفاده از 802.11a ره حل مناسبي نخواهد بود. برخي از شركتها اين مشكل را با ممنوعيت استفاده از بلوتوث حل كرده اند. راه حل بازاري اين مشكل آنست كه صبر كنيم مقابل بخواهد تا استاندارد خود را براي حل مشكل تداخل ، اصلاح نمايد. در اين خصوص مطالبي در مرجع (Lansford et al. ,2001 ) ارائه شده است.

 

لايه باند پايه در بلوتوث:

لايه باند پايه شبيه ترين بخش بلوتوث با زير لايه MAC است . اين لايه ، دنباله بيتهاي خام را به فريمها تبديل مي كند و بدين منظور چندين قالب مهم فريم تعديف نموده است . در ساده ترين حالت ، گروه اصلي در هر پيكونت دنباله اي از برشهاي زماني 625 ميكروثانيه اي Spread Spectrum (Time Slot) توليد مي كند ، با اين توصيف كه ارسال داده هاي گره اصلي در برشهاي زماني با شماره زوج انجام مي شود و گره هاي پيرو (Slaves) در برشهاي زماني فرد ارسال مي نمايند . اين روش مشابه با روش تسهيم زماني (TDM ) معمولي است كه در آن گره اصلي نيمي از برشهاي زماني را در اختيار دارد و بقيه گره ها (حداكثر هفت گره) در نيم ديگر سهيم هستند . ارسال هر فريم مي تواند 1،3 يا 5 برش زماني طول بكشد.

در هر پرش فركانسي 250 تا 260 ميكروثانيه طول خواهد كشيد تا مدار راديوئي بتواند پايداري سريعتر نيز از هر پرش فركانسي ، 366 بيت از كل 625 بيت باقي خواهد ماند . از اين مقدار 126 بيت به كد دسترسي (Access Code) و سر آيند اختصاص دارد و 240 بيت براي داده ها باقي مي ماند . وقتي پنج برش زماني به هم ملحق مي شوند {براي ارسال فريمها ئي به طول 5 برش}تنها به يك زمان پايداري نياز خواهد بود و طبعاً زمان كوتاهتري براي زمان پايداري ، تلف مي شود و 3125=625*5 بيت در پنج برش زماني ارسال مي گردد كه از اين مقدار 2781 بيت براي ارسال داده در اختيار لايه باند پايه خواهد بود . بنابر اين در بلوتوث فريمهاي طولاني كار آمدتر از فريمهاي كوچك هستند.

هر فريم بر روي يك كانال منطقي كه اصطلاحاً لينك بين گروه پيرو نام دارد ارسال خواهد شد. دو نوع لينك وجود دارد : لينك اول ACL است كه براي ارسال داده ها در برشها زماني نامنظم كاربرد دارد. اين داده ها از لايه L2CAP مي شوند. ترافيك داده هاي ACL مبتني بر روش بيشترين تلاش (Best Effort) ارسال مي شود ولي هيچ تضميني در تحويل آنها نيست . فريمها مي توانند گم شده يا از بين بروند، بدون آنكه ارسال مجدد شوند. هر گره پيرو فقط مي تواند يك لينك ACL با گره اصلي داشته باشد.

لينك ديگر ،  SCO نام دارد كه براي ارسال داده هاي بي درنگ ، مثل ارتباط تلفني كاربرد دارد. اين نوع كانال با تخصيص برشهاي زماني مشخص در هر دو جهت ، ايجاد مي شود. بدليل آنكه لينكهاي SCO نسبت به زمان حساس هستند فلذا فريمهاي ارسالي بر روي اين لينك هرگز ارسال مجدد نخواهند شد، در عوض از روش تصحيح مستقيم خطا استفاده شده تا اطمينان بيشتري داشته باشد. ارسال مجدد فريمهاي هراب بر عهده لايه بعدي است و در اين لايه در صورت امكان به تصحيح خطا بسنده مي شود-م هر گره پيرو مي تواند حداكثر سه لينك SCO با گره اصلي داشته باشد. هر لينك SCO مي تواند يك كانال صدا مبتني بر PVM با نرخ 64000 بيت بر ثانيه را حمل كند.

لايه L2CAP در بلوتوث:

لايه L2CAP سه دسته عمليات مهم را بر عهده دارد: اول آنكه بسته هائي با طول حداكثر 64 كيلوبايت را از لايه هاي بالائي پذيرفته و آنها را جهت انتقال ، به فريمهاي كوچكتري مي شكند. در سمت مقابل اين فريمها مجدداً به بسته اصلي بازسازي خواهد شد.

دوم آنكه اين لايه عمل جمع آور و توزيع بسته هائي كه از چندين مبداء آمده ( يا به چندين مقصد مي روند) را بر عهده دارد . وقتي يك بسته بازسازي مي شود لايه L2CAP تعيين خواهد كرد كه بايد به كدام پروتكل در لايه بالاترتحويل شود.

سوم اينكه اين لايه ، عمليات تامين كيفيت خدمات را بر عهده دارد چه در هنگام ايجاد لينك و چه در خلال عملكرد طبيعي . همچنين در زمان ايجاد لينك ، بر سر اندازه حداكثر و مجاز طول داده ، توافق صورت مي گيرد تا ابرازهائي با طول بسته بزرگ از ارسال چنين بسته اي به ابزارهائي با طول بسته كوچك اجتناب كنند. از آنجايي كه تمام ابزارهاي مبتني بر بلوتوث نمي توانند بسته هائي با طول 64 كيلوبايت را بپذيرند فلذا به اين ويژگي نياز است .

 ساختار فرم در بلوتوث :

چندين نوع قالب فريم در بلوتوث وجود دارد كه مهمترين آنها در شكل زير نشان داده شده است . اين فريم با فيلد كد دسترسي، 141شروع مي شود كه عموما هويت يك گره اصلي Master را مشخص خواهد كرد تا بدينگونه يك گره پيرو كه در برد راديوئي دو گره اصلي قرار دارد، گيرنده حقيقي ترافيك داده ها را مشخص نمايد .

سپس يك سرآيند 54 بيتي آمده كه شامل فيلدهاي معمولي زير لايه MAC است . سپس فيلد داده قرارگرفته كه حداكثر 2744 بيت را براي انتقال در پنج برش زماني در بر مي گيرد. در فريمهائي كه تنها در يك برش زماني ارسال مي شوند.قالب فريم همين است با اين تفاوت كه فيلد داده آنها حداكثر 240 بيت است.

فیلدهای سرآیند:

فيلد آدرس هويت گيرنده فريم را از بين هشت دستگاه فعال در هر پيكونت مشخص مي كند . فيلد Type اولا نوع فريم را از بين انواع ACL,SCO,POLL يا NULL ثانياً روش تصحيح خطاي داده ها را و ثانيا تعداد برشهاي زمان كه ارسال فريم جاري بدان نياز دارد را مشخص مي نمايد .بيت Flow توسط گره هاي پيرو و زماني تنظيم فعال مي شود كه بافر آنها پرشده باشد و نتواند داده بيشتري دريافت كنند. اين بيت شكل ابتدائي كنترل جريان داده ها ، به حساب مي آيد .

بيت Acknowledgement بدين منظور است تا دريافت صحيح يك فريم از طرف مقابل ، در فريم ارسالي جاسازي و اعلام شود (يعني فرآيند Piggybacking) . نظم بيتي براي شماره گذاري فريمهاست تا بسته هاي تكراري كشف شوند . در بلوتوث پروتكل ارسال مجدد روش توقف و انتظار است و طبعاً يك بيت براي شاره گذاري فريمها كفايت مي كند . در ادامه فيلد هشت بيتي Checksum براي كشف خطاي احتمالي در سرآيند تعريف شده است . كل اين سرآيند 18 بيتي سه بار تكرار مي شود تا سرآيند 54 بيتي نشان داده شده در شكل بالا بوجود آيد .

در سمت گيرنده با يك مدار ساده سه نسخه تكراري هر بيت بررسي مي شود . اگر هر سه بيت مثل هم بودند ، آن بيت پذيرفته مي شود در غير اينصورت ، بيتي كه بيشترين تكرار را دارد قبول مي شود . بدين ترتيب براي ارسال يك سرآيند 10 بيتي ظرفيتي معادل 54 بيت صرف مي شود. دليل آ« اين بوده كه براي ارسال مطمئن داده ها در محيطي سرشار از نويز و با ابزاري ارزان قيمت و توان ناچيز 2.5mW و قدرت پردازش پائين ، يه افزونگي بسيار زيادي نياز خواهد بود.

براي فيلد داده در فريمهاي ACL قالبهاي متفاوتي تعريف شده است . فريمهاي SCO ساده تر هستند : فبلد داده هميشه 240 بيتي است . سه گزينه ديگر نيز تعريف شده كه در آنها مقدار واقعي داده ها 80 ،160 يا 240 بيتي است و باقيمانده بيتها براي تصحيح خطا به كار مي آيند . در مطمئن ترين نسخه (يعني داده 80 بيتي ) بهش داده همانند سرآيند، سه بار متوالي تكرار مي شود.

از آنجا يي كه پيرو Slave تنها مي تواند از برشهاي زماني با شماره فرد استفاده نمايد فلذا در هر صانيه 800 برش زماني بدست خواهد آورد بدين ترتيب با فيلد داده 80 بيتي ، ظرفيت كانال از سمت گره پيرو به سمت گره اصلي معادل 64000 بيت بر ثانيه خواهد بود (ظرفيت كانال از گره اصلي به گره پيرو نيز 64000 بيت است ) لذا اين كانال دقيقاً براي يك كانال صوتي دو طرفه مبتني بر pcm كافي است . (دليل انتخاب نرخ 1600 Hops/sec براي تغيير فركانس همين بوده است.)

 اين اعداد و ارقام بدين معنا هستند كه يك كانال صوتي دو طرفه PCM با نرخ 64000 بيت بر ثانيه ، در حالت مطمئن {يعني وقتي داده هاي 80 بيتي با سه بار تكرار ارسال مي شوند كل پهناي باند موجود در پيكونت را (عليرغم پهناي باند 1Mbps آن ) اشباع خواهد كرد .با گزينه نامطمئنتر (يعني 240 بيت در هر برش زماني بدون هيچگونه افزونگي يا تكرار) مي توان از حداكثر سه كانال صوتي همزمان حمايت كرد و به همين دليل حداكثر سه لينك SCO براي هر گره پيرو مجاز شمرده شده است.

 نتيجه گيري:

شبكه‌هاي محلي بي‌سيم يكي از انواع جديدترين شبكه‌هاي كامپيوتري مي‌باشد كه در بسياري از موارد در جامعه، صنعت و محيطهاي درماني كاربرد بسيار وسيعي در بسياري از نقاط دنيا پيدا كرده‌اند.

سهولت نصب و كمي هزينه نگهداري بخاطر عدم استفاده از سيم مديران شبكه‌ها را به نصب اين نوع از شبكه‌ها راغب مي‌كند و از طرفي حفظ امنيت اطلاعات سازمانها جنبه‌اي است كه مديران سازمانها به آن بسيار توجه مي‌كنند.

 در مجموع چنانچه به مسائل امنيتي توجه نشود ، نصب اين نوع از شبكه‌ها مخاطراتي را براي سازمانها ايجاد مي‌كند. در اين تحقيق ، راههاي متفاوتي براي پيشگيري از دسترسي غير مجاز به منابع اين نوع شبكه‌ها معرفي شدند كه توجه به آنها باعث امنيت اطلاعات در شبكه‌هاي بي‌سيم مي‌گردند.

استاندارد بلوتوث نيز به عنوان يك زير مجموعه كوچك از شبكه هاي بي سيم كه معمولاً در شبكه هاي خانگي و شخصي (PAN) بكار گرفته مي شود و كاربران را قادر مي سازد بدون استفاده از كابلها و سيم هاي رابط كه معمولاً بسيار دست و پا گير مي باشد كليه لوازم جانبي كامپيوتر شخصي خويش را با يكديگر مرتبط سازد.

 مراجع:

www.AnyWireless.Com

www.IntelliGraphics.Com

www.Proxim.Com

Network Technology Written By: Ata Elahi

www.BarnameNevis.Com

شبكه هاي كامپيوتري تاليف اندرو اس .تنن بام