در مطلب «شبکه‌های کوتاه‌ برد و اینترنت اشیا (IoT)» برخی از پروتکل‌های برد کوتاه معرفی شدند. در این مطلب «فناوری بلوتوث (Bluetooth) و BLE» را به‌طور دقیق‌تر بررسی می‌کنیم.

بلوتوث (Bluetooth) و بلوتوث کم‌مصرف یا BLE (Bluetooth Low Energy) دو فناوری ارتباطی بی‌سیم هستند که ویژگی‌ها و کاربردهای متفاوتی دارند. کاربردهای بلوتوث را می‌توان در بلندگوها، هدفون‌های بی‌سیم و ماشین‌ها دید؛ اما BLE با توجه به توان مصرفی پایین در سرویس‌ها و تجهیزات اینترنت اشیا (IoT) کاربرد دارد. BLE به‌طور خاص در ابزار هوشمند شخصی که غالباً همراه فرد هستند، کاربرد دارد. با ورود بلوتوث ورژن ۵٫۰ به بازار و با توجه به نرخ داده بالاتر، مصرف انرژی این فناوری کمتر از نسخه‌های قبلی BLE شده است.

بلوتوث (Bluetooth)

بلوتوث (Bluetooth) یک استاندارد فناوری بی‌سیم است و به‌عنوان راهی برای انتقال اطلاعات به‌صورت کوتاه برد شناخته می‌شود. به همین علت در هدست‌ها، هندزفری‌ها، ساعت‌های هوشمند و … برای برقراری ارتباط از بلوتوث استفاده می‌شود. بلوتوث در محدوده ۲۴۰۰ تا ۲۴۸۳٫۵ مگاهرتز و در باند فرکانسی ISM 2.4 GHz عمل می‌کند. در این فناوری داده‌ها به بسته‌های کوچکی تقسیم و توسط یکی از ۷۹ کانال بلوتوث منتقل می‌شوند. (هر کدام از کانال‌ها پهنای باند ۱ مگاهرتز دارند.)

کاربردهای بلوتوث (Bluetooth) در اینترنت اشیا (IoT)

بلوتوث در ابتدا برای کاربردهایی با جریان داده مداوم طراحی شده بود. این بدان معناست که با بلوتوث می‌توان داده‌های زیادی را در مدت زمان نسبتاً کم در فاصله کوتاهی منتقل کرد. برخی کاربردهای بلوتوث عبارتند از:

هدست‌های بی‌سیم
انتقال فایل بین دستگاه‌ها
کیبورد و پرینترهای بی‌سیم
اسپیکرهای بی‌سیم

بلوتوث کم‌مصرف (BLE یا Bluetooth Low Energy)

در سال ۲۰۰۱ فناوری بلوتوث کم مصرف (Bluetooth Low Energy یا BLE) به عنوان Bluetooth4.0 وارد بازار شد. تفاوت این فناوری با بلوتوث معمولی‏، توان مصرفی پایین آن است. زمانی که درباره تجهیزات و سرویس‌های اینترنت اشیا صحبت می‌کنیم، مصرف پایین انرژی اهمیت بالایی دارد. با فناوری بلوتوث کم مصرف یا BLE سرویس‌های اینترنت اشیا با یک باتری به مدت ۴ یا ۵ سال کار خواهند کرد. BLE نیز در باند فرکانسی ISM 2.4 GHz کار می‌کند. اما برخلاف بلوتوث معمولی، BLE در زمان‏‌هایی که تبادل داده انجام نمی‏‌گیرد، در حالت خواب قرار می‌گیرد. زمان اتصال در بلوتوث کم مصرف تنها چند میلی‌ثانیه است؛ برخلاف بلوتوث که این زمان به چند ۱۰۰ میلی‌ثانیه می‌رسد. زمان کوتاه اتصال در BLE به‌علت نرخ داده‌ بسیار بالای آن و در حد ۱ مگابایت بر ثانیه محقق می‌‏شود.

کاربردهای بلوتوث کم مصرف

مانیتورینگ فشار خون
سنسورهای مانیتورینگ صنعتی
ردیابی موقعیت جغرافیایی
حمل و نقل عمومی

بلوتوث ۵ (Bluetooth 5.0)

در دسامبر سال ۲۰۱۶ بر اساس استاندارد بلوتوث، بلوتوث ۵ معرفی شد. ویژگی‌های این فناوری جدید بر بلوتوث کم‌مصرف تمرکز دارد. سرعت انتقال داده در بلوتوث ۵٫۰ دو برابر نسل پیشین است. نرخ داده در BLE، ۱ مگابایت بر ثانیه بود. اما در بلوتوث ۵٫۰ نرخ داده ۲ مگابایت بر ثانیه است و به این ترتیب مصرف انرژی نیز کمتر خواهد بود. BLE در مقایسه با سایر پروتکل‌های بی‌سیم (مانند زیگبی (zigbee) یا زی‌ویو (Z-Wave)) نرخ داده بالاتری دارد. با بلوتوث نسل ۵ و بالاتر رفتن نرخ داده، سرویس‌ها و کاربردهای جدید در IoT به‌وجود آمده است.

معماری بلوتوث کم‌مصرف (BLE)

ساختار یک دستگاه با پروتکل بلوتوث کم‌مصرف نیز مانند دیگر فناوری‌های بی‌سیم از چند لایه تشکیل شده است. هر لایه وظیفه خاصی را بر عهده دارد تا به عملکرد دستگاه BLE منجر شود. معماری بلوتوث کم‌مصرف از سه بخش اصلی تشکیل شده است: نرم‌افزار، هاست و کنترل‌کننده.

۱- لایه کاربرد: بالاترین لایه در معماری BLE است و شامل منطق، رابط کاربری و مدیریت داده می‌شود.

۲- لایه هاست: این لایه خود شامل چند لایه می‌شود که عبارتند از:

پروفایل دسترسی عمومی (GAP)
پروفایل مشخصات عمومی (GATT)
کنترل لینک منطقی و پروتکل سازگاری (L2CAP)
پروتکل مشخصه (ATT)
مدیر امنیت (SM)
رابط کنترل‌کننده و هاست (HCI)، سمت هاست

۳- لایه کنترل‌کننده: این لایه نیز شامل لایه‌های زیر می‌شود:

رابط کنترل‌کننده هاست (HCI)، سمت کنترل کننده
لایه ارتباط (LL)
لایه فیزیکی (PHY)

جمع‌‏بندی تفاوت بلوتوث و بلوتوث کم‌مصرف در IoT

به‌طور خلاصه، بلوتوث و بلوتوث کم‌مصرف برای اهداف متفاوتی کاربرد دارند. بلوتوث می‌تواند اطلاعات زیادی را ارسال و دریافت کند، اما مصرف باتری و هزینه بالایی دارد. در مقابل BLE برای کاربردهای که نیاز به تبادل حجم زیادی از داده را ندارند، استفاده می‌شود و سال‌ها با یک باتری کار می‌کند و در نتیجه ارزان‌تر است. از آنجا که سرویس‌های اینترنت اشیا شامل دیوایس‌های کوچک و سنسورها می‌شود، بلوتوث کم مصرف یا BLE در این حوزه کاربرد دارد.

سری مطالب آشنایی با شبکه‌های کوتاه ‌برد

همچنین برای آشنایی با شبکه‌های LPWAN به مطلب «شبکه‌های LPWAN (دوربرد با توان پایین) و اینترنت اشیا (IoT)» مراجعه کنید.

برخی منابع:

https://www.link-labs.com/blog/bluetooth-vs-bluetooth-low-energy

https://www.iotforall.com/bluetooth-iot-applications

https://www.iotforall.com/bluetooth-5-iot

https://www.mikroe.com/blog/bluetooth-low-energy-part-1-introduction-ble

https://www.novelbits.io/basics-bluetooth-low-energy