ما هي حزمة بروتوكول Bluetooth في الشبكات Bluetooth Protocol Stack

تتميز بنية “Bluetooth” في أنّه ليس من الضروري لجميع الأجهزة في نظام “Bluetooth” استخدام جميع البروتوكولات في “Stack”، ويرجع ذلك إلى أنّ تقنية “Bluetooth” مصممة للاستخدام بواسطة عدد لا يحصى من التطبيقات وأنّ التطبيق يحدد أي جزء من حزمة البروتوكول سيتم استخدامه.

ما هي حزمة بروتوكول Bluetooth

حزمة بروتوكول “Bluetooth”: هو تنسيق حزمة يمكن نقله مباشرة عبر طبقة النطاق الأساسي حيث في نظام مثل الذي يمكن استخدامه لتنفيذ بوابة صوتية في هاتف خلوي، ونظراً لأنّ الهاتف أي المضيف يحتوي بالفعل على معالج، يمكن تنفيذ الطبقات العليا من حزمة بروتوكول “Bluetooth” على المعالج المضيف، وهناك مساران للصوت إمّا رابط مباشر بين النطاق الأساسي وطبقة التطبيق أو من خلال “HCI”.

• “HCI” هي اختصار لـ “Human-computer-interaction”.

كيفية عمل حزمة بروتوكول Bluetooth

يقع جهاز الإرسال والاستقبال للترددات اللاسلكية “Bluetooth” في الطبقة المادية، وهناك حوالي “79 قناة Bluetooth”، وباستخدام تقنية الطيف المنتشر يحدث كل من نقل الصوت والبيانات عبر مسافات قصيرة وبالتالي إنشاء شبكات “PAN” لاسلكية.

من أجل الاتصال يتكون جهاز “Bluetooth” من محول مدمج إما في جهاز أو يمكن أن يكون على شكل بطاقة متصلة بجهاز، حيث أنّ التعليمات مضمنة في الجهاز والتي تمكنه من الاتصال بالأجهزة الأخرى، كما أنّه عندما تأتي الأجهزة في نطاق الراديو لبعضها البعض يجد مديرو الروابط بعضهم البعض، كما تقوم طبقة بروتوكول إدارة الارتباط “LMP” بإعداد الارتباط والتفاوض على حجم الحزمة ويتم تجزئة وإعادة تجميع الحزم إذا لزم الأمر.

يمكّن بروتوكول تقديم الخدمة جهاز “Bluetooth” من الانضمام إلى الشبكة، حيث يحتوي كل جهاز على معرّف “Bluetooth” العالمي أي تعريف فريد لكل جهاز، ويتم تبادل هذا المعرف ومطابقته بين الأجهزة وبالتالي يتم إعداد الاتصال، كما تستخدم تقنية “Bluetooth” مفهوم الهيكل الشبكي للتواصل بين الأجهزة في الشبكة.

يستخدم هذا الهيكل قفز التردد في الفترات الزمنية أي أنّ الإشارات تتجنب التداخل مع الإشارات الأخرى عن طريق القفز إلى تردد جديد بعد إرسال أو استقبال كل حزمة، حيث أنّ حزمة واحدة تتراكب خمس فترات زمنية.

• “LMP” هي اختصار لـ “Link-Management-Protocol”.

• “PAN” هي اختصار لـ “Personal-Area-Network”.

أنواع بروتوكولات حزمة بروتوكول Bluetooth

أولاً: مجموعة بروتوكول النقل

• البروتوكولات في هذه المجموعة مصممة للسماح للأجهزة بتحديد موقع والاتصال.

• نقل الصوت والبيانات، حيث يكون لحركة مرور الصوت أولوية أعلى.

• دعم الإرسال المتزامن وغير المتزامن للاتصالات الصوتية الدرجة الهاتفية.

• إدارة الروابط المادية والمنطقية بين الأجهزة بحيث تتمكن الطبقات أعلاه والتطبيقات من تمرير البيانات عبر الاتصالات.

بروتوكولات مجموعة بروتوكول النقل

1- التحكم في الارتباط المنطقي وطبقة بروتوكول التكيف L2CAP

• يتم توجيه كل حركة مرور البيانات من خلال هذه الطبقة.

• تحمي هذه الطبقة الطبقات العليا من تفاصيل الطبقات السفلية.

• يقوم بتقسيم الحزم الأكبر من الطبقات العليا إلى حزم أصغر يمكن التعامل معها بسهولة بواسطة الطبقات السفلية.

• يسهل الحفاظ على درجة الخدمة المطلوبة في جهازين من الأقران.

ملاحظة:“L2CAP” هي اختصار لـ “Logical-Link-Control-Adaptation-Protocol”.

2- طبقة مدير الارتباط LML

• يتفاوض على خصائص واجهة الهواء التي تعمل بالبلوتوث بين أجهزة الاتصال.

• قد تكون هذه الخصائص تخصيص النطاق الترددي وخدمات الدعم من نوع معين وما إلى ذلك.

• تشرف هذه الطبقة أيضاً على اقتران الأجهزة.

• يُنشئ اقتران الجهاز ويخزن مفتاح المصادقة الخاص بالجهاز.

• كما أنّها مسؤولة عن التحكم في الطاقة وقد تطلب تعديلات في مستويات الطاقة.

ملاحظة:“LML” هي اختصار لـ “link-manager-layer”.

3- النطاق الأساسي وطبقات الراديو

• طبقة النطاق الأساسي مسؤولة عن البحث عن الأجهزة الأخرى، وتعيين الأدوار الرئيسية والتابعة.

• تتحكم هذه الطبقة أيضاً في مزامنة وحدة “Bluetooth” وتسلسل انتقال تردد الإرسال.

• يدير الارتباط بين الأجهزة ويحدد أنواع الحزم المدعومة لحركة المرور المتزامنة وغير المتزامنة.

4- واجهة تحكم المضيف HCI

• يسمح “HCI” لطبقات أعلى من المكدس بما في ذلك التطبيقات بالوصول إلى النطاق الأساسي ومدير الارتباط وما إلى ذلك من خلال واجهة قياسية واحدة.

• إنّه يخدم الغرض من التشغيل البيني بين الأجهزة المضيفة ووحدات البلوتوث.

• أوامر “HCI” قد تدخل الوحدة النمطية في أوضاع تشغيل معينة.

• يتم إبلاغ الطبقات العليا عن أحداث معينة من خلال “HCI”.

ملاحظة:“HCI” هي اختصار لـ “Human-computer-interaction”.

ثانياً: مجموعة بروتوكول البرامج الوسيطة

• البروتوكولات في هذه المجموعة ضرورية للتطبيقات الحالية للعمل عبر روابط “Bluetooth”.

• قد تكون هذه البروتوكولات بروتوكولات طرف ثالث أي معيار صناعي أو تم تطويرها بواسطة مجموعة مصالح بسيطة أي “SIG” خصيصاً للبلوتوث.

أنواع مجموعة بروتوكول البرامج الوسيطة

1- طبقة RFCOMM

• يوفر منفذاً تسلسلياً افتراضياً للتطبيقات اللازمة لسيناريوهات، مثل شبكة الطلب الهاتفي.

• هذا يلغي استخدام الكابلات.

ملاحظة:“RFCOMM” هي اختصار لـ “Radio-Frequency-Communication”.

2- طبقة بروتوكول اكتشاف الخدمة SDP

بروتوكول “SDP”: هي طريقة قياسية لأجهزة “Bluetooth” لاكتشاف الخدمات التي تقدمها الأجهزة الأخرى والتعرف عليها بمجرد إنشاء اتصال بها.

• “SDP” هي اختصار لـ “software-defined-perimeter”.

3- بروتوكولات التشغيل البيني لاتحاد بيانات الأشعة تحت الحمراء IrDA

اعتمدت “SIG” بعض بروتوكولات “IrDA” لضمان إمكانية التشغيل البيني بين التطبيقات لتبادل مجموعة متنوعة من البيانات.

ملاحظة:“SIG” هي اختصار لـ “special-interest-group” و”IrDA” هي اختصار لـ “Infrared-Data-Association”.

4- بروتوكول تبادل الكائنات OBEX

• تم تطويره بواسطة “IrDA” لتبادل الأشياء بطريقة بسيطة وعفوية.

• يستخدم نموذج خادم العميل.

• إنّها مستقلة عن آلية النقل ونقل واجهة برمجة التطبيقات “API”، بشرط أن تحقق قاعدة نقل موثوقة.

• يحدد كائن قائمة المجلدات، والذي يستخدم لتصفح محتويات المجلدات على جهاز بعيد.

ملاحظة:“API” هي اختصار لـ “application-programming-interface” و”OBEX” هي اختصار لـ “OBject-EXchange”.

5- طبقات الشبكات

• تستخدم تقنية “Bluetooth” اللاسلكية طوبولوجيا شبكة الند للند.

• تستخدم شبكة الطلب الهاتفي أوامر “AT”.

• في معظم الحالات تكون الشبكة التي يتم الوصول إليها هي شبكة “IP” باستخدام البروتوكولات القياسية مثل “TCP” و”UDP” و”HTTP“.

• يمكن للجهاز الاتصال بشبكة “IP” باستخدام نقطة وصول الشبكة.

• يُستخدم “PPP” للإنترنت للاتصال بنقطة الوصول.

ملاحظة:“PPP” هي اختصار لـ “Point-to-Point-Protocol” و”IP” هي اختصار لـ “Internet-Protocol”.

ملاحظة:“TCP” هي اختصار لـ “Transmission-Control-Protocol” و”UDP” هي اختصار لـ “User-datagram-protocol”.

ملاحظة:“HTTP” هي اختصار لـ “Hypertext-Transfer-Protocol” و”AT” هي اختصار لـ “Attention”.

6- طبقة مواصفات التحكم في الهاتف TCS والصوت

• تم تصميم هذه الطبقة لإعداد المكالمات الصوتية، وهو يدعم وظائف مثل التحكم في المكالمات وإدارة المجموعة.

• يمكن أيضاً استخدام “TCS” لإعداد مكالمات البيانات.

• تتوافق بروتوكولات “TCS” مع مواصفات الاتحاد الدولي للاتصالات.

• يحدث اتصال “Bluetooth” الصوتي بمعدل “64 كيلو بت في الثانية” باستخدام أحد مخططي التشفير، أي “8 بت” لوغاريتمي “PCM” أو تعديل دلتا المنحدر المتغير المستمر.

ملاحظة:“TCS” هي اختصار لـ “Transparent-Cache-Switching” و”PCM” هي اختصار لـ “Pulse-code-modulation”.

ثالثاً: مجموعة التطبيقات

• تتكون هذه المجموعة من التطبيقات الفعلية التي تستخدم روابط “Bluetooth” وتشير إلى البرامج الموجودة أعلى مكدس البروتوكول.

• لا تحدد “Bluetooth-SIG” أي بروتوكولات للتطبيق ولا تحدد أي “API”.

• تم تطوير ملفات تعريف “Bluetooth” لإنشاء نقطة أساسية لاستخدام مكدس بروتوكول لإنجاز حالة استخدام معينة.

ملاحظة:“API” هي اختصار لـ “application-programming-interface”.

العلاقة بين حزمة بروتوكول البلوتوث والنموذج المرجعي OSI

• يوجد تخطيط واحد لواحد في الطبقة المادية “PHY”.

• تقوم طبقة ارتباط بيانات “OSI (DLL)” بتعيين بروتوكول التحكم في الارتباط المنطقي وبروتوكول التكيف “L2CAP” وطبقة الارتباط “LL”.

• في “Bluetooth Protocol Stack” توفر الطبقات العليا خدمات طبقة التطبيق وأدوار الجهاز وأنماطه وإدارة الاتصال وبروتوكول الأمان.

ملاحظة:“LL” هي اختصار لـ “link-Layer” و”OSI” هي اختصار لـ “Open-Systems-Interconnection”.

ملاحظة:“DLL” هي اختصار لـ “Dynamic-Link-Library” و”PHY” هي اختصار لـ “physical-layer”.