Bluetooth

Bluetooth Nedir ?

Bluetooth, kablosuz kısa-mesafeli, ses ve veri haberleşmesini sağlamak için oluşturulmuş bir veri iletim sistemidir. Bugün pek çok insanın kullandığı uzaktan kumandalar, aslında Bluetooth’un atası sayılabilir. Temel ortak noktaları veri iletimini uzaktan kablosuz bir şekilde sağlayabilmeleridir ancak aradaki en büyük fark, şu an kullanılmakta olan uzaktan kumandalar (TV vb.), IrDA (infra Red Data Association), kızıl ötesi ışık ile veri iletişimini sağlamaktadır. Bunun aksine Bluetooth teknolojisi ise 2.4 GHz’de radyo dalgaları kullanılmaktadır, dolayısıyla IrDA gibi doğrudan görüş hattı gerektirmemenin üstünlüğünü sunmaktadır. Bluetooth’un kullanım alanı olabildiğince geniştir. Kısa-mesafeli haberleşmede hayal edilebilecek pek çok şeye alt yapı sağlayabilmektedir.Örnek verecek olursak :

-Bilgisayarınızın, yazıcınızın, farenizin kablolarını atabilir, tümüyle kablosuz bağlatıya geçebilirsiniz.

-Bluetooth ile donatılmış cep telefonunuzu çantanızda taşırken, kulağınıza takılı olan kulaklık-mikrofon ile telefon konuşmanızı yapabilirsiniz.

En basit olarak bu örnekleri verebiliriz daha gelişmiş örneklere ileride değineceğim. Bluetooth standardı 10 metre uzaklığa kadar ses ve veri haberleşmesinin sağlanmasını öngörmektedir. Ancak opsiyon olarak bu uzaklık 100 metreye çıkabilmektedir. Haberleşme radyo-link bir yapıyla sağlanmakta ve kanal başına asimetrik 723.2 kbit/sn, simetrik olarak ise 433.9 kbit/sn’lik veri haberleşmesini, aynı anda 64 kbit’lik 3 adet senkron ses kanalını ve aynı anda bir adet senkron ses, bir adet asenkron veri kanalını da destekleyebilmektedir.

Bluetooth İsmi ?

Bluetooth adı, 940 ve 981 yılları arasında yaşamış olan, Danimarka kralı Harald Blatand’dan gelmektedir. Kral Blatand yönetimi süresince ülkesindeki insanların birbirleriyle konuşmalarını dolayısıyla yakınlaşmalarını sağlamıştır ayrıca Danimarka ile Norveç’i birleştirmiştir. Aslında bir Viking olan kral Blatand’ın adı İngilizceye Bluetooth olarak geçmiş, kısa-mesafeli haberleşme sistemi fikrini ortaya atanlar tarafından bu sisteme, Kral Harald Bluetooth’un anısına atfen, Bluetooth adı verilmiştir. Bugün, insanların birbirleriyle iletişimini sağlayan ve Norveç ile Danimarka’nın birleşmesini sağlayan Kral Bluetooth’un adı, cihazların birbiriyle haberleşmesini ve bilgisayarlar ile telekom dünyasının birleşmesini sağlayan sistemin adıdır.

Bluetooth’a Neden İhtiyaç Duyuldu ve Bluetooth’un Amacı Nedir ?

Bluetooth fikri ilk kez 1994 yılında Ericsson firması tarafından gündeme getirilmiştir. İlk olarak cep telefonları ile dizüstü bilgisayarları biribirine kablosuz olarak bağlama düşüncesiyle ortaya çıkmış, daha sonra mobil veri (data) kullanımının daha çok artacağı görülünce tüm kısa-mesafeli veri ve ses haberleşmesini içerisine alacak bir sisteme dönüştürülmüştür. Bu haberleşmeler için kablolu bir aktarım ortamı kullanılacak olursa bu kablo kargaşasının yaratacağı dezavantajlar şunlardır :

1) Karmakarışık kablolar yığını,
2) Standartlara göre kablo ve konnektör bulma sıkıntısı,
3) Kablo ve konnektör bulundırma ve taşıma sıkıntısı,
4) Kablolar yüzünden bozulan bilgisayar ve çevre birimlerinin düzeni,
5) Fiziksel portlar yeterli olmadığında anahtarlama yöntemlerine ihtiyaç duyulması,
6) İşletim sistemlerinin değişen bağlantılar yüzünden yeniden başlatılma ihtiyacı...

Ancak bunlara rağmen Bluetooth, ağır veri trafiği yükünü taşımak için tasarlanmamıştır. Bu nedenle LAN, WAN ve Omurga tipi yükleri taşıyan kabloların yerini alamaz. Ve yine doğası gereği sunucu tabanlı uygulamalar için uygun değildir. Bluetooth, mobil uygulamalar içindir, yeniden yapılandırılabilir ve seyyar bağlantıya ihtiyaç duyan bilgisayar ve çevre birimleri için geliştirilmiştir. Bluetoothun bize sağladığı avantajlar şunlardır :

1) Ses ve veri iletiminde kolaylık,
2) Seyyar (Ad-Hoc) olarak ve zorunlu hallerde hızlı bağlantı kurabilme,
3) Aynı banddan yayın yapan diğer kaynakların sinyallerine karşı dayanıklılık,
4) Birçok aygıtla tümleşik bir yerleşim sağlamak için küçük boyutlardaki yapı,
5) Diğer cihazlarla karşılaştırıldığında ihmal edilebilir güç harcaması,
6) Açık arabirim standardı,
7) Bluetooth olmayan diğer cihazlarla rekabet edebilecek düzeydeki fiyatlar.

Bluetooth SIG (Special Interest Group)

İster haberleşme, isterse farklı bir alan olsun, Dünya genelinde standartlar devletin kontrolündeki belli kurumlar veya kar-gütmeyen organizasyonlar tarafından belirlenir. Örneğin Avrupa’daki haberleşme sistemlerinin standartları ETSI tarafından, Amerikadaki bazı standartlar ise ANSI tarafından tanımlanır. Türkiye’de ise TSE pek çok standardı belirler ya da ETSI gibi gruplar ile işbirliği yaparak bu standartları oluşturur. Bluetooth ise bu konuda farklı bir yapıya sahiptir. Geleneksel yapılanmanın tersine Bluetooth standartları Bluetooth SIG (Special Interest Group) adı verilen Bluetooth Özel İlgi Grubu tarafından belirlenmektedir. Bu grup ilk olarak 1998 yılında Ericsson, Nokia, IBM, Intel ve Toshiba tarafından kurulmuş, daha sonra aradan çok geçmeden 1999 yılında bu gruba Motorola, 3Com, Microsoft, Lucent, Qualcomm gibi dev firmalar da katılmıştır.Şu an SIG kuruluşu içerisinde 3000’den fazla şirket bulunmaktadır. Bu firmalar sürekli bir işbirliği içerisinde çalışmalarını sürdürmektedirler. Ayrıca bluetooth standartları, diğer standartların aksine, tümüyle ücretsiz olarak herkese açık standartlardır.

Bluetooth Teknolojisi Nerelerde Kullanılabilir ?

Bluetooth’un kullanım alanı olabildiğince geniştir. Kısa-mesafeli haberleşmede hayal edilebilecek pek çok şeye alt yapı sağlayabilmektedir. İşte söz konusu cihazlara ait bir liste : telefonlar, modemler, LAN erişim aygıtları, kulaklıklar, dizüstü bilgisayarlar, yazıcılar, fax cihazları, klavyeler, joystickler…

Şekil 1- Yerel kablosuz bağlantıya sahip bir kullanıcı modeli.

Aşağıda bu cihazlarda bluetoothun uygulanması hakkında birkaç örnek :

-Bilgisayarınızın, yazıcınızın, farenizin kablolarını atabilir, tümüyle kablosuz bağlatıya geçebilirsiniz,

-Bluetooth ile donatılmış cep telefonunuzu çantanızda taşırken, kulağınıza takılı olan kulaklık-mikrofon ile telefon konuşmanızı yapabilirsiniz,

-Arabanızla yolculuk ederken arabanızda bir sorun olduğunda Bluetooth’lu arabanız ve cep telefonunuz aracılığı ile arabanızın tüm diyagnostik bilgilerini servise aktarabilir, hatta servisin aynı altyapı üzerinde arabanıza müdahale etmesini sağlayabilirsiniz,

-Bluetooth’lu arabanızla Boğaz Köprüsünden veya herhangi bir otoyol gişesinden beklemeden geçiş yaparken arabanız gişe ile haberleşip kredi kartınızdan gerekli ödemeyi otomatik olarak yapabilir.

Bluetooth teknolojisinin kullanım alanı görüldüğü gibi oldukça geniştir.Ve birçok elektronik sisteme uygulanarak hayatın daha da kolay olmasını sağlar.Aşağıda bu sistemin teknik altyapısı ile ilgili bilgiler verilecektir.

Teknik Altyapı

Bluetooth, temelde belli zaman aralıklarında oluşan frekans sıçramalarını kullanır. Bluetooth, gürültülü radyo frekansına sahip ortamlarda işlem yapabilecek şekilde tasarlanmıştır. Hızlı bir tanıma sistemi kullanır ve iletişim açısından, bağlantıyı güçlendirmek için frekans sıçramalı bir düzen kullanır. Bluetooth radyosu (alıcı-verici arabirimi) paket alış-verişinden sonra başka bir frekansa sıçrayarak başka sinyallerin hatta karışmasını önler.

Aynı frekans bandında çalışan diğer sistemlerle karşılaştırıldığında, Bluetooth radyosu daha hızlı sıçrama yapar ve daha kısa paketler kullanır. Bu kısa paketler ve hızlı sıçramalar mikrodalga fırın ve gürültüye yol açan diğer sinyal kaynaklarının etkilerini azaltır. FEC (Forward Error Correction - İleri Hata Doğrulama) kullanımı da uzak mesafeler arasında kurulan bağlantılara etkiyen rastgele gürültülerin etkisini azaltır. Bluetooth için iki ayrı fiziksel link tanımı vardır:

SCO (Synchronous Connection Oriented - Senkron Bağlantı Temelli): Eşzamanlı bağlantıya dayanan SCO, noktadan noktaya master ve slave birimleri arasında kurulur. Master, düzenli zaman aralıklarıyla bağlantının kontrolünü yapar. Burada paketlerin yeniden aktarımına izin verilmez.

ACL (Asynchronous Connection-Less : Asenkron ve Az Bağlı): ACL, master birim ile tüm aktif slave birimler arasında paket anahtarlamalı iletişim sağlar. Paketlerin yeniden iletiminde data doğruluğu (Data Integrity) yöntemine başvurulur. Her iki bağlantı (link) türü için de 12 farklı paket tipi tanımlanmış olup 4 paket türü her ikisi de geçerlidir.

Şekil 2 - Bluetoothun Çalışma Prensibi

Bluetooth, temel olarak IEEE 802.11 standardı üzerinde kurulmuştur. IEEE 802.11 iletişim standardı iki tip ağ yapısı için protokol tanımlaması içerir. Bunlar istemci/sunucu (Client/Server) ve seyyar (Ad-Hoc) dır. Bluetooth seyyar tip ağ modunu kullanır.

Şekil 3 – Temel Bluetooth Fonksiyonları

Seyyar (Ad-Hoc) tipi ağlar, sunucu ya da erişim noktası olmaksızın, limitleri belli bir alanı kapsayan ve birçok istasyon arasında bağlantının kurulduğu basit ağlardır. 802.11 standardı her istasyonun kablosuz erişim ortamına ulaşması için uyması gereken etiketleri tanımlar. Taban alınan servisler dizisindeki kullanıcıların hizmetten maksimum faydalanmasını sağlaması için metotlar sunar. Dolayısıyla bütün Bluetooth istasyonları belli kurallar dizisine uymalı ve diğer bütün birimlerin (cihazların) kablosuz erişim ortamına erişim hakkı tanımalıdır.

Aşağıdaki diyagramda Bluetooth çipinin bloklar arasındaki yeri görülmektedir :

Şekil 4

Bluetooth'un fonksiyonel olarak üç tane çekirdek protokolü vardır. Bunlar mantıksal link ve bağdaştırma protokolü (L2CAP - Logical Link Layer and Adaptation Protocol), Servis Keşif Protokolü (SDP - Service Discovery Protocol) ve Radyo Frekansı Haberleşme Protokolü (RFCOMM - Radio Frequency Communication). L2CAP, üst seviye protokol katmanlarını basebanda adapte eder. Ayrıca grup genellemeleri, veri bölme ve birleştirme ve protokol çoklama özelliği ile üst seviye veri servisleri sağlar. SDP protokolü, donanım verileri, servisler ve servis karakteristikleri ile ilgili bilgileri tutar ve bunlar hakkındaki sorgulara cevap verir. RFCOMM, tıpkı SDP protokolü gibi L2CAP katmanının üzerine bindirilmiş bir protokoldür. Bir "kablodan kurtulma" protokolü olarak RFCOMM, iletişim mekanizması olarak seri haberleşmeyi kullanan üst seviye servislere (örneğin OBEX protokolü) transfer yeteneği verir.

Şekil 5

Bluetooth standardı 10 metre uzaklığa kadar ses ve veri haberleşmesinin sağlanmasını öngörmektedir. Ancak opsiyon olarak bu uzaklık 100 metreye çıkabilmektedir. Haberleşme radyo-link bir yapıyla sağlanmakta ve kanal başına asimetrik 723.2 kbit/sn, simetrik olarak ise 433.9 kbit/sn’lik veri haberleşmesini, aynı anda 64 kbit’lik 3 adet senkron ses kanalını ve aynı anda bir adet senkron ses, bir adet asenkron veri kanalını da destekleyebilmektedir.

Frekans bandı 2.4 GHz ile 2.48 GHz arasındadır. Bu bandın kullanımı lisanssız olup endüstriyel, bilimsel ve medikal (ISM) bant olarak adlandırılmaktadır. Kanal sayısı 1 MHz’lik aralıklarla toplam 79 adet olmakla birlikte Fransa ve Japonya’da 23 adedi kullanılmaktadır. Giriş tekniği olarak, Zaman Bölmeli Çoklu Giriş (TDMA, Time Division Multiple Access) tekniğinin bir türevi olan Zaman Bölmeli İkileme (TDD, Time Division Duplexing) tekniği kullanılmaktadır. Çevre gürültülerine bağışık olabilmesi için ise Frekans Atlamalı Yayılmış Spectrum (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) tekniğini FM modülasyonla birleştirerek kullanmaktadır. Taşıyıcı frekansı saniyede 1600 atlama yapmakta, bir başka değişle saniyede 1600 defa kanal değiştirmekte, dolayısıyla ortam gürültüsü ve karışımdan etkilenme asgari düzeye inmektedir. Temel band (Baseband) modülasyonu olarak da GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modülasyon tekniği kullanılmaktadır.

RF (Radyo Frekansı) çıkış gücü nominal 0dBm (1 mW), opsiyon olarak da 20dBm (100 mW) olarak belirlenmiştir.

Bluetooth Özelliğine Sahip Ürün Tasarımı

Bluetooth özelliğine sahip tam bir ürün tasarımından önce şu üç alana dikkat edilmesi gerekir:

· Bluetooth donanımı, firmware’i (donanım ve yazılım arasında kalan katman) ve yazılımı
· Anten tasarımı ve üretimi
· Uygulamaya özel yazılım programcılığı

Bluetooth’un Uygulanması

Bluetooth için bir süredir pek çok önemli uygulama tanımlanıyor. Bunların çoğu halihazırda iletişimi ve veri transferini kablo veya IRDA (Infrared Data Association) bağlantıları üzerinden (bazı durumlarda da floppy disk üzerinden) gerçekleştiriyor. Bununla beraber, Bluetooth tamamen yeni uygulama alanları oluşturma potansiyeline sahip. Bir uygulamanın Bluetooth teknolojisi kullanılarak nasıl gerçekleştirileceğine karar verilmesi gerektiğinde mühendisler ilk önce Bluetooth profilini ortaya çıkarmalılar: Tüm Bluetooth cihazları Bluetooth profil spesifikasyonu tarafından öngörülen profillerden birine veya bir çoğuna uymak zorundadır. Bluetooth profil spesifikasyonu zorunlu ve opsiyonel mesajları, prosedürleri ve özellikleri belirler. Farklı kullanım modelleri için farklı profiller tanımlanır. Bunun başlıca nedeni cihazların birlikte uyum içinde çalışabilirliğidir. Standart bir profille uyumlu olmayan yeni hizmetler de uygulanabilir. Ancak bu tür hizmetler standart dışı Bluetooth profilleri olarak adlandırılmalıdır.

Şekil 6 - Specification 1.0A içinde yer alan profiller.

Bluetooth’un Radyasyonu Hakkında

Bluetooth'un mikrodalga fırınlarla aynı band genişliğini kullanmasından endişelenen insanların problemi, aslında Bluetooth 2.402 GHz ile 2.480 GHz arasında çalışır. Bluetooth sinyalleri böyle sinyallerle karışırsa ne olur?

Aslında, iletim enerjisi insanlar tarafından hissedilemeyecek derecede düşüktür. Dahası radyasyon sinyal içinde çok yoğun değildir, az ya da çok her yönde dağılır. Bir telsiz telefon ya da Bluetooth cihazını kullanırken, RF (Radyo Frekansı) enerjisinin bir kısmı insan vücudu tarafında absorbe edilir. Girişim derinliği 2450 Mhz'de 1.5 cm civarındadır (900 MHz'de 2.5 cm) ve bu daha çok yüzeysel bir değeridir. Asıl absorbe mekanizması, polar bağlı moleküllerin (Örneğin H20) alan etkisiyle yaptıkları ısıya yol açan moleküler sürtünmedir.

Radyo frekans dalgaları yoluyla ısıtma çok geniş bir frekans aralığında gerçekleşebilir. Bu yüksek güçlü (Bir Bluetooth cihazından 1000000 kez daha yüksek) ve 2450 MHz seviyesinde çalışan bir mikrodalga fırın için bir avantaj olarak kullanılır. Her ne kadar olsa da 2450 MHz suyun rezonans frekansı değildir. Bluetooth radyo frekans dalgasına maruz kalma insan vücudunda ısı artmasına neden olur mu? Hayır, olmaz. Bir Bluetooth cihazının vücutta meydana getirdiği ısı artımı ihmal edilecek kadar küçüktür. Karşılaştırıldığında bir cep telefonunun maksimum ısıtmasından 0.1 Santigrat Derece daha azdır.

Olaya başka bir bakış açısı ise, elektromanyetik radyasyona karşı özel bir duyarlılığı olan insanlardır. Güçlü manyetik alanlara fazla maruz kalmak insanlarda öylesine hassasiyete neden olur ki bir süre sonra rahatsız olmadan bu araçların yakınında kalamazlar. Bir kaç yıl sonra Bluetooth şehirlerimizde yaygın olarak kullanılan GSM iletişimi ve diğer elektromanyetik radyasyon kaynakları için tasarlanmış genel anten kurallarına uyar. Gelecek bunun sağlıklı bir gelişim olup olmadığını gösterecek.

Teknik Standartlar ve Performans Düzeyleri

· Bluetooth küçük ve yüksek performanslı tümleşik radyo alıcı-verici üniteleri üzerine kurulur. Bu ünitelerin herbiri, IEEE 802.11 standartlarından türetilmiş adreslere sahiptir.
· Kısıtlama olmamakla beraber her yerde geçerli olan 2.45 GHz ISM "Serbest Band" kullanılır. Bu, çalışılan yere ve uygulama bandının genişliğine göre kaymalar gösterebilir.
· Mobil ve kullanıcıları pazarına yönelik 10 metrelik bir çalışma sahası için optimize edilmiştir. Bu uzaklık artabilir.
· Veri iletim hızı 1 Mb/s iken ikinci nesil için bunun 2 Mb/s hızına çıkarılması planlanıyor.
· Teke tek bağlantılarda maksimum veri transfer hızı 721 Kb/s olarak gerçekleşmektedir. (Bu miktar 3 ses kanalı düşünüldüğünde ortaya çıkar.
· Bluetooth çok gürültülü ortamlarda yüksek performans sunabilmek için saniyede 1600 sıçramaya sahip bir paket sıçraması üzerindeki paket anahtarlama protokolünü kullanır. IEEE 802.11 standardına yakın olarak ulaşılabilir tüm dalga spektrumu 1 MHz'lik band genişliğinde 79 sıçrama ile kullanılır.
· Beklemede sadece 0.3 mA çeker ve güç tüketimi çok azdır. Bu bataryalı cihazların performans ömrünü artırır. Maksimum veri transfer hızında çekilen akım 30 mA'ken donma ve düşük transfer hızlarında bu daha da azalır.

Kaynakça

- Tel Aviv University, Bluetooth Tutorials
- “Ericssoon Communication Systems “, November 2002’, Turkey
- Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Müh. Bölümü Haberleşme Elektroniği Projesi
- www.wikipedia.com - www.bluetooth.com Ödev İçinde Kullanılan

Şekillerin Sayfaları ve Alındığı Kaynaklar

Şekil 1 -> sayfa 3 , Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Müh. Bölümü Haberleşme Elektroniği Projesi
Şekil 2 , 3 , 4 -> sayfa 5 , Bluetooth Nedir ?
Şekil 5 -> sayfa 6 , Bluetooth Nedir ?
Şekil 6 -> sayfa 7 , “Ericssoon Communication Systems “, November 2002’, Turkey

Hazırlayan : Fuat Altıntaş