بلوتوث یکی از فناوریهای کلیدی در دنیای Internet of Things (Internet of Things) یا اینترنت اشیا است که انتقال دادهها را از طریق شبکههای Mesh در محیطهای مختلف ممکن میکند. شاید دقیقاً ندانید بلوتوث در IoT چگونه کار میکند یا برای چه کاربردهایی مناسب است، اما احتمالاً با برخی از فناوریهای پایهای آن آشنا هستید. بلوتوث در زندگی روزمره ما نقش بزرگی دارد؛ از هدفونها، ماوسها و کیبوردها گرفته تا انتقال دادهها در فواصل کوتاه مثل Airdrop.
در این مقاله، نگاهی به تاریخچه بلوتوث، کاربردهای آن در IoT و تفاوتهایش با فناوریهایی مثل LPWAN میاندازیم و به شما کمک میکنیم بفهمید چطور از آن برای رسیدن به اهداف کسبوکارتان استفاده کنید.
از کابلها تا Mesh: نگاهی سریع به بلوتوث
بلوتوث از زمان اختراعش توسط Jaap Haartsen، مهندس برق، در سال 1994 در شرکت Ericsson در شهر لوند سوئد، راه درازی را طی کرده است. او این فناوری را بهعنوان جایگزینی برای کابلهای RS-232 طراحی کرد که از دهه 1960 استاندارد اتصال ابزارهای جانبی به کامپیوترها بودند. Haartsen با استفاده از امواج رادیویی UHF با طول موج کوتاه در باند ISM (از 2.4 تا 2.485 گیگاهرتز)، امکان ارسال بستههای داده کوچک و ساده را در فواصل کوتاه چند متری فراهم کرد.
در سال 1998، او در تأسیس Bluetooth Special Interest Group (SIG) – سازمانی برای تعیین استانداردها مثل 3GPP و LoRa Alliance – نقش داشت. از آن زمان، بلوتوث به بخشی جداییناپذیر از زندگی ما تبدیل شده و با توسعه نسخههایی مثل Bluetooth Low-Energy (BLE) و Bluetooth Mesh، اهمیتش در صنعت بیشتر هم خواهد شد.
استفاده از کاربردهای IoT بلوتوث برای اهداف کسبوکار
وقتی قرار است بین روشهای اتصال مثل بلوتوث، LPWAN یا NB-IoT و LTE-M یکی را انتخاب کنید، ابتدا باید اهداف کسبوکارتان را بهوضوح مشخص کنید.
- با IoT چه هدفی دارید؟
- ویژگیهای کسبوکار، صنعت، خدمات و محیطی که شما، کارمندان و مشتریانتان در آن هستید چیست؟
- میخواهید اشیا یا افراد را در داخل ساختمان، خارج از آن یا در هر دو ردیابی کنید؟
- به منبع برق دسترسی دارید یا دستگاهها باید با باتری کار کنند؟
- دادههای کوچک (مثل پیامهای باز/بسته یا فعال/غیرفعال) میخواهید بفرستید یا فایلهای بزرگ مثل صدا و تصویر؟
پاسخ به این سؤالات – و خیلی سؤالات دیگر – قبل از انتخاب فناوری ضروری است تا فریب تبلیغات اغراقآمیز را نخورید.
بلوتوث کجا خوب کار میکند؟
فرض کنید میخواهید تجهیزات، پرسنل و بیماران را در یک بیمارستان ردیابی کنید. کاربردهای IoT بلوتوث که بهخوبی طراحی شده باشند، برای سناریوهای ردیابی دارایی در داخل ساختمان (Indoor Asset Tracking) عالی هستند. این به لطف نیاز کم به انرژی، مقیاسپذیری بالا و قابلیت اطمینان خودترمیمی شبکههای Bluetooth Mesh است. اما همین راهحلها برای اهداف دیگر ممکن است مناسب نباشند.
مثلاً: شبکههای بلوتوث برای ردیابی داخل ساختمان عالیاند، اما زیر آب کار نمیکنند چون سیگنالهای 2.4 گیگاهرتزی در آب نفوذ نمیکنند.
بلوتوث کجا کم میآورد؟
بلوتوث هم مثل همه فناوریها، راهحل جادویی نیست. برای مثال:
- ردیابی داراییها زیر آب (مثل بندر یا سکوهای نفتی) با بلوتوث ممکن نیست چون سیگنالهای 2.4 گیگاهرتزی در آب ضعیف عمل میکنند.
- برای سیستمهای امنیتی که نیاز به انتقال دادههای تصویری، صوتی یا بیومتریک دارند، بلوتوث به دلیل فشار زیاد روی شبکه انتخاب ضعیفی است.
اثربخشی بلوتوث به این بستگی دارد که ویژگیهای فنی آن چقدر با سه عامل زیر همراستا باشد: - اهداف کسبوکارتان
- شرایط محیطی و فضایی محل
- اکوسیستم رادیویی و دیجیتال محیط
معماری کاربردهای IoT بلوتوث
برای درک اهمیت تغییرات اخیر در استانداردهای بلوتوث، باید با مفهوم Stack بلوتوث آشنا شویم. تکامل بلوتوث از جایگزینی برای کابلهای RS-232 تا یک راهحل قدرتمند IoT، داستان اضافه شدن لایههای جدید به این Stack است.
Stack در اینجا یعنی لایهبندی پروتکلها و برنامهها که هر لایه بالاتر به لایههای زیرین وابسته است. جدیدترین استاندارد IoT بلوتوث، یعنی Bluetooth Mesh، روی نسخههای BLE 4.xx یا 5.xx ساخته شده که خودشان توسعهای از Bluetooth Core هستند. پس Stack مش شامل سه لایه است: Core، BLE و Mesh در بالا.
توپولوژیهای بلوتوث: جفت، پخش، Mesh
طی 24 سال گذشته، بلوتوث برای نیازهای مختلف تکامل پیدا کرده:
- نقطه به نقطه (Point-to-Point): اتصال دو دستگاه، مثل ماوس بیسیم به کامپیوتر.
- یک به چند (One-to-Many): پخش اطلاعات از یک دستگاه به چند دستگاه، مثل پخش موسیقی از آیفون به بلندگوهای هوشمند و نمایش عکس روی پروژکتور.
- چند به چند (Many-to-Many): اتصال دستگاههای زیاد به یکدیگر مثل تار عنکبوت، مثلاً اتصال 1278 لامپ در انبار برای تنظیم خودکار نور بر اساس فعالیت.
تکامل فنی: BLE
Bluetooth Low-Energy (BLE) که در سال 2009 معرفی شد، با هدف کاربردهای کوچکمقیاس IoT مثل Wearables و Beacons طراحی شد. این نسخه با کاهش مصرف انرژی و حفظ دامنه ارتباطی، انقلابی در بلوتوث ایجاد کرد. تغییراتی مثل افزایش شاخص مدولاسیون و محدود کردن دادههای سنگین، مصرف انرژی را تا 95-99٪ کاهش داد. رمزنگاری 128 بیتی AES-CCM هم آن را برای استفاده در IoT امنتر کرد.
Bluetooth Mesh: از انسانها به اشیا
Bluetooth SIG در سال 2017 استاندارد Mesh را معرفی کرد که قابلیتهای چند به چند BLE را استانداردسازی کرد. برخلاف توپولوژیهای قبلی که بیشتر برای ارتباط انسان و اشیا بود، Mesh درباره ارتباط اشیا با یکدیگر در مقیاس بزرگ است.
ویژگیهای Mesh مثل جهتگیری همهجانبه (Omnidirectionality)، ماژولاریتی (Modularity) و خودترمیمی (Self-Healing) آن را برای برخی کاربردهای IoT ایدهآل میکند. در شبکه Mesh، پیامها مثل تار عنکبوت از گرهای به گره دیگر میروند و اگر یک گره از کار بیفتد، شبکه خود را ترمیم میکند.
آیندهای ترکیبی برای Mesh؟
بلوتوث Mesh گام بزرگی است، اما انتخاب آن باید با اهداف شما همراستا باشد. Ericsson معتقد است آینده بلوتوث ممکن است ترکیبی باشد. با استفاده از Proxy Protocol و دستگاههای چندحالته مثل گوشیهای هوشمند، Mesh میتواند بهعنوان دروازهای به سایر اتصالات مثل Cellular عمل کند و شبکهای ترکیبی و مقیاسپذیر بسازد.
در نهایت، قدم اول این است: اهداف کسبوکارتان را مشخص کنید، جزئیات کاربردتان را بشناسید و راهحلی متناسب طراحی کنید. دنیا پیچیده و ترکیبی است و شبکههای ما هم ممکن است نیاز به این ترکیب داشته باشند تا مشکلات را حل کنند.
منبع: iotforall