ما هي بنية بروتوكول البلوتوث في الشبكات

تعمل تقنية شبكة “Bluetooth” على توصيل الأجهزة المحمولة لاسلكيًا عبر نطاق قصير لتشكيل شبكة منطقة شخصية “PAN“، حيث تتميز بنية “Bluetooth” بطرازها المستقل مع مجموعة من البروتوكولات بدلاً من اتباع نموذج “OSI” القياسي أو نموذج “TCP / IP”، كما يمكن تجميع البروتوكولات الموجودة في معيار “Bluetooth” بشكل فضفاض في الطبقة المادية وطبقة ارتباط البيانات وطبقة البرامج الوسيطة.

ما هي تقنية Bluetooth

تقنية “Bluetooth”: هي عبارة عن نظام راديو قائم على الأجهزة ومجموعة برامج تحدد الروابط بين طبقات البنية للطرفين، وجوهر هذه المواصفات هو مكدس البروتوكول والذي يستخدم لتحديد كيفية عمل البلوتوث، وبروتوكول “Stack Bluetooth” عبارة عن مجموعة من البرامج ذات الطبقات وتتحدث كل طبقة في حزمة البروتوكول إلى الطبقة التي فوقها وإلى الطبقة التي تحتها.

يعكس الاسم الأصول الإسكندنافية للتكنولوجيا، حيث سميت على اسم الفايكنج الدنماركي في القرن العاشر الملك هارالد بلاتاند “Blätand” تعني “Bluetooth” باللغة الإنجليزية، وتقول الأسطورة أنّه أحب تناول التوت الأزرق لدرجة أن أسنانه تلطخت بلون الفاكهة ومن هنا جاء اسمه، ونظراً لأنّه وحد الدنمارك والسويد والنرويج فقد ارتبط بتوحيد الجهود ومن ثم تم ربط الأجهزة الموحدة عبر البلوتوث.

• “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.

• “TCP / IP” هي اختصار لـ “Transmission Control Protocol/Internet Protocol”.

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

أنواع البروتوكولات في بنية بروتوكول Bluetooth

1- الطبقة المادية

أولاً: الراديو

•  هذا بروتوكول مكافئ للطبقة المادية يحدد الهيكل المادي والمواصفات لإرسال موجات الراديو.

• وهي تحدد السطح البيني الجوي ونطاقات التردد ومواصفات قفز التردد وتقنيات التشكيل.

ثانياً: النطاق الأساسي

يأخذ هذا البروتوكول خدمات بروتوكول الراديو، وهي تحدد نظام العنونة وتنسيق إطار الحزمة والتوقيت وخوارزميات التحكم في الطاقة.

2- طبقة ارتباط البيانات

أولاً: بروتوكول إدارة الارتباط LMP

• ينشئ “LMP” روابط منطقية بين أجهزة “Bluetooth” ويحافظ على الروابط لتمكين الاتصالات.

• الوظائف الرئيسية الأخرى لـ “LMP” هي مصادقة الجهاز وتشفير الرسائل والتفاوض على أحجام الحزمة.

ملاحظة:“LMP” هي اختصار لـ “Link Management Protocol”.

ثانياً: بروتوكول التحكم في الارتباط المنطقي والتكيف L2CAP

• يوفر “L2CAP” التكيف بين إطار الطبقة العليا وتنسيق إطار طبقة النطاق الأساسي.

• يوفر “L2CAP” الدعم لكل من الخدمات الموجهة للاتصال وكذلك الخدمات غير المتصلة.

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

3- طبقة البرامج الوسيطة

تتضمن بروتوكول اتصالات التردد اللاسلكي “RFComm” والبروتوكولات المعتمدة وأوامر “SDP” و”AT”.

أولاً: بروتوكول RFComm

يوفر واجهة تسلسلية مع “WAP”.

• “RFComm” هي اختصار لـ “Radio Frontend Component” و”WAP” هي اختصار لـ “Wireless Application Protocol”.

ثانياً: البروتوكولات المعتمدة

هذه هي البروتوكولات المعتمدة من النماذج القياسية، والبروتوكولات المستخدمة بشكل شائع في “Bluetooth” هي بروتوكول نقطة إلى نقطة “PPP“، وبروتوكول الإنترنت “IP” وبروتوكول مخطط بيانات المستخدم “UDP” وبروتوكول التحكم في الإرسال “TCP” وبروتوكول التطبيقات اللاسلكية “WAP”.

• “UDP” هي اختصار لـ “User datagram protocol” و”PPP” هي اختصار لـ “Point-to-Point Protocol”.

ثالثاً: بروتوكول اكتشاف الخدمة SDP

يعتني “SDP” بالاستعلامات المتعلقة بالخدمة مثل معلومات الجهاز وذلك لإنشاء اتصال بين أجهزة “Bluetooth” المتنافسة.

• “SDP” هي اختصار لـ “Session Description Protocol”.

رابعاً: أوامر AT

مجموعة أوامر الانتباه و”AT” هي اختصار لـ “Attention-command -set”.

4- طبقة التطبيقات

تتضمن ملفات تعريف التطبيق التي تسمح للمستخدم بالتفاعل مع تطبيقات “Bluetooth”.

أساسيات هندسة بروتوكول البلوتوث

1- طبقات البروتوكول السفلية

الطبقات السفلية: هي المواصفات الأساسية الأساسية التي تصف كيفية عمل البلوتوث، وقاعدة مكدس بروتوكول “Bluetooth” هي طبقة الراديو أو الوحدة النمطية.

تصف الطبقة الراديوية الخصائص الفيزيائية لجهاز الإرسال والاستقبال، وهي مسؤولة عن تعديل أو إزالة تشكيل البيانات لإرسال أو استقبال الترددات الراديوية في النطاق “2.4 جيجا هرتز”، وهذا هو الاتصال اللاسلكي المادي ويقسم نطاق الإرسال إلى “79 قناة” ويؤدي قفزاً سريعاً للتردد “1600 قفزة / ثانية” للأمان.

يوجد فوق طبقة الراديو النطاق الأساسي وبروتوكول التحكم في الارتباط أو مدير الارتباط “LMP”، وربما تكون أفضل طريقة للتفكير في هذه الطبقات، هي أنّ النطاق الأساسي مسؤول عن تنسيق البيانات بشكل صحيح للإرسال من وإلى الراديو.

يحدد التوقيت والتأطير والحزم والتحكم في التدفق على الارتباط، وتقوم وحدة التحكم في إدارة الارتباط بترجمة أوامر واجهة تحكم المضيف “HCI” من المكدس العلوي، وتؤسس الارتباط وتحافظ عليه وهي مسؤولة عن إدارة الاتصال وفرض العدالة بين الفروع في “piconet” وتوفر إدارة الطاقة.

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

2- طبقات البروتوكول العلوي

تتكون طبقات المكدس العلوية من مواصفات الملف الشخصي التي تركز على كيفية بناء الأجهزة التي ستتواصل مع بعضها البعض باستخدام التكنولوجيا الأساسية، كما تعمل واجهة تحكم المضيف “HCI” كواجهة بين جزء البرنامج من النظام والأجهزة أي برنامج تشغيل الجهاز.

تقع طبقة “L2CAP” فوق “HCI” في المجموعة العليا، ومن بين الوظائف الأخرى تلعب دوراً مركزياً في الاتصال بين الطبقات العليا والسفلى لمكدس “Bluetooth”، كما إنّه يتتبع مصدر حزم البيانات وأين يجب أن يذهبوا وإنّه جزء مطلوب من كل نظام بلوتوث.

فوق طبقة “L2CAP” لم يتم ترتيب مكدس البروتوكول خطياً، ومع ذلك من المهم ذكر بروتوكول اكتشاف الخدمة “SDP” لأنّه موجود بشكل مستقل عن طبقات البروتوكول الأخرى ذات المستوى الأعلى، حيث يوفر واجهة لوحدة التحكم في الارتباط ويسمح بالتشغيل البيني بين أجهزة “Bluetooth”.

شعار “BT” ليس مطلوباً تقسيم لمكدس البلوتوث، سماعات البلوتوث على سبيل المثال تجمع بين أجزاء الوحدة والمضيف من المكدس في معالج واحد لتلبية احتياجات الاحتواء الذاتي والحجم الصغير، وفي مثل هذه الأجهزة قد لا يتم تنفيذ “HCI” على الإطلاق ما لم يكن اختبار الجهاز مطلوباً.

• “BT” هي اختصار لـ “Bluetooth”.

ملفات تعريف هندسة بروتوكول البلوتوث

ملف تعريف “Bluetooth”: هو مجموعة من التعليمات لاستخدام مكدس البروتوكول بطريقة معينة، وتوجد العديد من الملفات الشخصية المختلفة اعتماداً على أنواع الأجهزة المتصلة وأغراضها، وعلى سبيل المثال قد يقوم الهاتف الخلوي بتنفيذ ملف تعريف سماعة الرأس “HSP”، بينما قد يقوم جهاز الفاكس بتنفيذ ملف تعريف الفاكس.

ملف التعريف هو تعريف كامل لكيفية قيام الشركة المصنعة للمنتج بتنفيذ تقنية “Bluetooth” اللاسلكية لاستخدام معين أي كيفية إنجاز مهام محددة، ولاستعمال تقنية “Bluetooth” اللاسلكية يجب أن يمتلك الجهاز القدرة على تعريف بعض ملفات تعريف “Bluetooth” والتي يتوفر العديد منها اعتماداً على النشاط المطلوب.

وملفات التعريف هي تعريفات للتطبيقات المحتملة وتخصص الأساليب التي تستعملها الأجهزة التي تعتمد تقنية “Bluetooth” للتواصل مع بعضها البعض، وهناك وسيلة غير تقنية لوصف ملفات التعريف وهي التفكير فيها كإعدادات أو تعليمات يجب اعتمادها لتكوين الاتصال.

كما يجب أن تتشابه جميع الأجهزة المتصلة مع المجموعة الفرعية لملفات تعريف “Bluetooth” الضرورية لاستهمال الخدمات المطلوبة، وكحد أدنى يتضمن كل ملف تعريف “Bluetooth” على معلومات حول ما يلي:

• التبعيات على بروتوكولات / بروتوكولات أخرى.

• تنسيقات واجهة المستخدم المقترحة.

• يستخدم ملف التعريف أجزاء معينة من مكدس بروتوكول Bluetooth.

ولأداء مهمته يستخدم كل ملف تعريف “Bluetooth” خيارات ومعلمات محددة في كل طبقة من المكدس وكما أنّ الرغبة في بث الصوت عالي الجودة، ولتحقيق ذلك يستخدم ملف “A2DP” بروتوكولات “LMP” و”L2CAP” والتي تتحكم في واجهة راديو النطاق الأساسي لنقل دفق الصوت الرقمي المطلوب الذي سيتم استخدامه، وعلى الطرف المستقبل سوف تتدفق العملية في الاتجاه المعاكس لإنتاج البيانات الصوتية المطلوبة.