BLUETOOTH VE KULLANIM ALANLARI
Kim bilgisayarının ya da müzik setinin arkasındaki karmaşayı gördüğünde kablosuz iletişim için iç geçirmez ki?
Bu özlem artık endüstriye de yayılmış durumda. Eğer normal vatandaş müzik sisteminin kablolarından şikayet ediyorsa, arızalı makinayla boğuşan, binlerce sensör, veri ve kontrol kablolarıyla, güç kablolarıyla uğraşan şanssız bakım mühendisinin halini bir düşünün!
Neyse ki yardım var. Kısa dalga kablosuz iletişim açık standardı Bluetooth getirdiği bağlantı kolaylığı ve lisans gerektirmeyen radyo bandını kullanması nedeniyle endüstriyel iletişimde bir devrim yaratacak görünümü veriyor.
Dünyadaki 2000 firma arasında ABB de Bluetooth'u hevesle benimseyenlerin başında geliyor. Yapılan testler bu yeni standardın sayısız vaatler içeren bir gelecek tablosu çizdiğini gösteriyor.
Bluetooth'un hangi konular için kullanılabileceğini anlatmak kristal bir küreye bakıp gelecekte neler olacağını söylemeye benzetilebilir. Bu konuda söylenebilecek olan henüz hayal edilmemiş pek çok uygulama olabileceğidir. İlk büyük uygulama mobil sistemlerde ortaya çıkmıştır. Mobil terimi günlük hayatta kullandığımız mobil telefonlardan daha fazla cihazı, örneğin notebook'ları, kişisel dijital yardımcıları da kapsar. Hatta bir walkman'i de, fotoğraf makinasını da, kamerayı da. Uygulamalar kablosuz kulaklıkla müzik dinlemeden, video konferans yapmaya, havaalanlarında uçuş bilgilerini enformasyon bordlarında aramak yerine mobil cihazınızla almaya kadar geniş bir yelpazeye yayılabilir.
Bluetooth'un sağlayacağı kablolardan kurtulmaktır. Ancak güç kablolarından henüz kurtuluş umudu henüz yoktur.
Bluetooth'un Olası Kullanım Alanları ve Yararları
Bilgisayar bir başka bilgisayarla, ya da kişisel dijital yardımcıyla Bluetooth kullanarak enformasyon iletişimi gerçekleştirebilir. Printerler de Bluetooth ile donanmış olabilirler. Kişisel dijital yardımcınızdan bir şey bastırmak istediğinizde yalnızca printera yaklaşmanız yeterli olur. Önce yerel alan ağına bağlanmanız ya da enformasyonu PC'ye transfer etmeniz gerekmez.
Bluetooth kullanıcılarının geleneksel diyebileceğimiz ISDN, GSM, Kablolu Telefon Şebekeleri için erişim noktaları kurulması da en azından Avrupa ve ABD için yakındır.
Arabaların içinde de Bluetooth cihazları bulunacaktır. Servise her götürülüşünde araç nelere gereksinimi olduğunu kendiliğinden söyleyecektir. Otoyollarda kullandığınızda yerel enformasyon noktaları yararlı enformasyonu, örneğin ilerdeki trafik koşullarını, yakınlardaki motellerin doluluk oranlarını, seyretmeye değer manzaraların varlığını aracınıza yükleyebilecektir. Hatta Bluetooth aracın çalışması ve kontrolü için gereken bazı kabloları gereksiz kılabilir, böylelikle daha yüksek fonksiyonalite ve esneklik sunabilir. Bluetooth'u evlerimizde de göreceğiz; tek bir uzaktan kumanda sistemi multimedyaya ısıtma, havalandırma sistemleri için kullanılacak. Ses, veri, müzik ve video yerel olarak Bluetooth ile aktarılacak. Farklı cihazlara Bluetooth ile komutlar gönderilecek. Fırınların, kahve makinalarının buzdolabının iletişim yetenekleri olacaktır. Örneğin buzdolapları içlerindeki yiyecekler azaldığında ya da bayatladıklarında haber vereceklerdir. Dahası Bluetooth evin içinden veya yakınlarından Internet erişim olanağı sunacaktır.
Bluetooth'un Temelleri
Bluetooth ismi 908 yılında doğmuş olan Danimarka Kralı Harald Bluetooth'dan gelmektedir. Kral Danimarka ile Norveç'i birleştirmiştir. Burada yapılan benzetme herhalde Bluetooth'un bilgisayarları ve iletişim cihazlarını birleştirecek olmasıdır.
Bluetooth öncelikle kısa radyo dalgalarıyla mobil cihazları, telefon, kişisel dijital yardımcı, notebook ve çeşitli elektronik cihazların kablolarının yerini almada kullanılacaktır. (Şekil 1) Büyük olasılıkla doğrudan görmeyi gerektiren kızıl ötesi ışınla çalışan sistemlerin de yerini alacaktır. Kuşkusuz bazı uygulamalarda örneğin ses veya veri erişim noktalarında Digital Enhanced Coraless Telecomunications, Home RF, Wireless LAN gibi Bluetooth'a alternatif yöntemler kullanılabilecektir.
Bluetooth radyosu dünyada Endüstriyel, Bilimsel ve Medikal uygulamalar için ayrılmış olan 2,4 - 2,4835 Hz frekans bandını kullanmaktadır. Bluetooth yaygın spektrum tekniğine dayalı pseudorandom frekans sıçraması yöntemini kullanmaktadır. 79 1-MHz kanalından faaliyet göstermektedir. Nominal sıçrama (ing.hopping) oranı 1600 hops/s olmakla beraber maksimum paket boyu kullanıldığında bu değer 320 hops/s'ye düşmektedir.
Bluetooth efendi-köle iletişimi için Time-Diwision Duplex (TDD) şemasını kullandığından radyo frekans komponentlerinin sadeleşmesini sağlamaktadır. Modülasyon Gouss biçimli ikili frekans anahtarlıdır.
Bluetooth'un temel topolojisi bir modülün efendi, yeni adete kadar diğerlerinin aktif köle yapısında olduğu Piconet'tir. Topoloji Piconet'lerin Scatternet içinde birleştirilmesiyle geliştirilebilir. Burada bir köle pek çok Piconette köle, bir efendi bir Piconet'te efendi diğerlerinde köle şeklinde yer alır.
Bir Bluetooth modülü bir Piconet içinde yalnızca bir efendi olabilir. Şebekenin konfigürasyonu bir defaya özgü olarak yapılır ve yeni efendi ve köleler herhangi bir zamanda ilave edilebilir.
Bluetooth ses ya da veri hizmeti veya her ikisini birden verebilir. Efendi ile köle arasındaki ilişki senkron ya da asenkron olabilir. Senkron bağlantı noktadan noktaya full duplex olup tipik olarak ses aktarımı içindir. Bir Bluetooth modülü üç adede kadar eşzamanlı ses kanalını destekleyebilir.
Asenkron bağlantıda bir yönde farklı veri miktarlarının aktığı full dupleks ve asimetrik modlar vardır. Bir Piconet'in brüt bit oranı 1Mbit/s olup efendi ile aktif köleler arasında paylaşılır. Yalnızca bir aktif köle olduğunda maksimum veri oranı simetrik yapı için 432 kbit/s, asimetrik yapı içinde 721 kbit/s değerlerine ulaşır.
Bluetooth'un ana kullanım alanı bateriden beslenen ekipmanlardır. Bu işi kolaylaştırmak amacıyla Bluetooth'un stand-by moduna ek olarak Hold, Sniff ve Park adlarını taşıya üç düşük güç modu bulunmaktadır. Bu modlarda modül yalnızca timer'ın çalışmalarına gerek duyacak, devrenin kalanını kapatacaktır. Aktif duruma dönüş yalnızca 2ms sürecektir. Park modunda Bluetooth cihazı ortam erişim kontrol (Medium Access Control) adresini yollayarak Piconet'in 255 adete kadar aktif olmayan köle tutmasını sağlar. Komple Bluetooth modüllerini temin etmek olanaklıdır, bir tanesi Ericsson ROK 101007'dir. Gelecekteki büyük miktarlardaki uygulamalarda hibrid yongalar tanesi 5 dolardan entegre edilebilecektir. Radyonun yanı sıra radyoyu kontrol ve Bluetooth protokolunun alt katmanlarını kontrol eden Gelişmiş RISC makinası (ARM-7) prosesörü bu yonganın içindedir. Yonganın ayrıca üç donanım iletişim arayüzü olan a- veri için bir Üniversal Asenkron Alıcı Transmiteri, b- ses için bir pulse Code Modülasyonu ve c- hem ses hem veri için bir Universal Seri Busı bulunmaktadır.
Bluetooth değişik uygulamalar için çok sayıda protokolleri destekler. Üç alt katman, Bluetooth radyo, temelbant (baseband) ve link yönetici her zaman bulunurlar. Ses protokolü opsiyoneldir. Temelbant zamanlamayı, sıçrama seçimini, paketleri, hata kontrolü vs. yönetir. Link yöneticisi link kurulumunu, cihaz doğrulamayı (authentication) ve Link kontrolünü üstlenir.
Bluetooth içinde belirlenen diğer iki ana protokol Logical Link Control ve Adaptasyon protokolü (12 CAP) ile Radyo Frekans COMM (RFCOMM) dur. Bunlar 60 adete kadar eşzamanlı lojik seri port ve 12 CAP kullanırlar.
RF COMM Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsünün TS 07.10 standardına dayanmaktadır. L2CAP bağlantı yönelimli ve bağlantısız veri hizmetleri, segmentasyon, multiplexing yeteneği yeniden birleştirme ve grup soyutlamaları gibi çeşitli seçenekler sunmaktadır.
Bluetooth spesifikasyonunda tanımlanan Host kontrolör arayüzü temel bant kontrolörüne, link yöneticisi donanım durumunu görme olanağı sunmaktadır. (Şekil 4). Bu arayüz daha yüksek düzey protokollerin ayrı bir host prosesörde bulunduğu entegre Bluetooth modülleri ile de tam bir uyum göstermektedir.
Bluetooth'un aşağıdaki uygulamaları için profiller tanımlamıştır.
o Dial up şebeke
o LAN erişimi
o Telsiz telefon
o Interkom
o Seri port
o Baş üstü dinleme setleri
o Faks.
Bluetooth'un ileriye doğru hata düzeltme (Forward Error Correction) ve Otomatik Tekrar Talebi (Automatic Repeat Request) gibi normal hata kontrol mekanizmaları bulunmaktadır. Bunlar frekans sıçramalarıyla birlikte tesadüfi gürültülere ve interferanslara karşı güçlü bir savunma oluşturmaktadırlar.
Kimlik doğrulama (authentication) ve şifreleme biçimlerindeki güvenlik uygulamaları Bluetooth içinde opsiyon olarak sunulmaktadır. Bluetooth uygulamalarında kullanılan dört ayrı güvenlik yaklaşımı tablo 1'de sunulmaktadır. Bluetooth cihazlarının adresleri her biri için ayrı olarak herkes tarafından alınabilmekte olup bunlar 48-IEEE adresleridir. İki anahtar ise gizlidir. Kimlik doğrulama anahtarı bağlantı kurulduğunda şifreleme anahtarı ise kullanıcı verilerini güvence altına almada kullanılmaktadır.
Değişken uzunluklu şifreleme anahtarı gerek duyulan güvenlik ile hesaplama yükü arasındaki dengeleri sağlamada işe yaramaktadır. Yanıt şeması, kimlik doğrulama ve şifreleme anahtarlarının üretilmesinde rastgele sayılar kullanılmaktadır.
Endüstride Bluetooth: Fırsatlar ve Sınırlar
Düşük maliyeti ve yüksek güvenliği nedeniyle Bluetooth teknolojisi endüstriyel ortamlardaki kablosuz iletişim uygulamaları için yeni olanaklar sunmaktadır. Kablosuz iletişimin kendine özgü avantaj ve dezavantajları bulunmakta olup ABB bunları endüstriyel uygulamalar açısından titizlikle incelemektedir.
Kablosuz iletişimin başlıca avantajları şöyledir:
- İletişim kabloları yoktur,
- Topoloji esnektir,
- Hareketli uygulamalar olanaklıdır.
Temel dezavantajlar şöyledir:
- Interferansa hassastır (diğer cihazlarla paylaşılan radyo frekansları)
- Güvenlik (mesajlara erişim, değişiklik yapabilme vs.)
Hareketli uygulamalar ile kablosuzluğun avantajlarından tam olarak yararlanabilmek için güç kaynağı konusunun çözülmesi gerekmektedir. Bazı uygulamalarda değişik amaçlar nedeniyle güç yerel kaynaklardan temin edilmekte kablosuz birimin de bundan yararlanması mümkün olmaktadır. Yine de pek çok uygulamada kabloların tamamen atılması gerekmekte ve gücün başka yollarla temini, örneğin bateri, güneş paneli, öz üretim vs. yollarına gidilmektedir.
Bluetooth'un genel, kablosuz uygulamalar karşısında da bazı avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Avantajlar başlığı altında şunlar sayılabilir.
- Düşük maliyet, düşük güç,
- Kendinden güvenlikli yapı.
- Bluetooth'un dezavantajları ise şöyledir:
- Bant genişliğinin diğer sistemlerle paylaşımı,
- Kısa menzil (100 m'ye kadar)
Bluetooth linkleri her yerde kurulabilmekte, endüstriyel ekipmanların kendi aralarında ve diğer taşınabilir cihazlarla, örneğin bilgisayar, telefonlar vs. haberleşmelerine olanak sağlamaktadır. Bluetooth'un düşük maliyeti kablosuz uygulamaların, algılama, veri toplama, özleme vs. gibi diğer konulara yol açmaktadır.
Endüstriyel uygulamalar Bluetooth teknolojisinin orijinal geliştirilme amacından farklıdır. Çoğu zaman mesajlar kısa, ama hızlı ve güvenlikli iletim gerektirecek kadar önemlidir. Bu mesajlar üzerinde tarih mührü uygulaması yaygın olarak yapılmaktadır. Bazı uygulamalarda örneğin veri paketlerinin yeniden iletilip iletilmeyeceği, veya başka ne gibi işlem yapılacağına karar verilmesi gereken yerlerde otomatik tekrar istemi uygulaması arzu edilmeyebilmektedir.
Norveç'teki ABB Merkez Araştırma birimi ölçüm ekipmanlarının PIC mikro kontrolcü ile denetlendiği veri toplama uygulamalarında Bluetooth kullanmaktadır. Mikrokontrolörde çalışan yazılım iç hafızada depolanan verileri değerlendirmekte ve Bluetooth ile düzenli aralıklarla iletişim kurmaktadır. PIC kontrolör ile Bluetooth modülü arasındaki iletişim "Host Controller Interface" protokolü ile gerçekleşmektedir. Küçük PIC kontrolör Bluetooth modülü ile iletişimi yönetmenin yanında ölçümleri toplamakta ve sonuçları da hesaplamaktadır. Endüstriyel ekipmanlar sıklıkla zor koşullarda; aşırı ve sıcaklıklarda, yüksek titreşimlerde çalıştırılırlar. Endüstride kullanılan Bluetooth modülleri -40°... +80°C arasındaki sıcaklıklara dayanabilecek sağlamlıkta olmalıdır.
Yukarıda tasvir edilen veri toplayıcı Bluetooth modülüne zor endüstriyel koşullar testleri ciddi biçimde uygulanmıştır. Örneğin yıldırım simülasyonu yapılarak dikkatlice filtrelenmeyen anten sinyalleri üzerinde ne gibi problemler doğacağı araştırılmıştır.
Mobil uygulamalarda güç beslemesi normal yolla yapılmadığından tüketim de önemli bir konudur. Bateri kullanımı personelin sık sık değiştirmesini gerektirmek gibi bir sakınca içermektedir. Endüstriyel Ortamlardaki Radyo Dalgaları Yayılımı Norveç'teki ABB Merkez Araştırma Birimi endüstriyel ortamlarda radyo dalgalarının yayılımına ilişkin çeşitli ölçümler gerçekleştirmiştir. Bu çalışmalardan birinde sürekli modüle edilmemiş taşıyıcı yayan bir transmiter ile aynı frekans bandını Bluetooth olarak kullanan IEEE 802.11 uyumlu bir ekipman incelenmiştir. 802.11 Ekipmanı doğrudan sekons yayılım spektrumunu Bluetooth'un frekans sıçrama tekniğine karşı olarak kullanmaktadır. Her iki radyonun endüstriyel ortamlardaki toplam performansı Bluetooth'unkine benzer olarak düşünülmüştür. Ölçümler üç farklı ortamda gerçekleştirilmiştir. Bunlar; kablo üretim atölyesi, kağıt fabrikası ve nükleer güç santralidir.
Her üç üretim ortamında da makinalar ve büyük beton yapılar bulunmaktadır. Ölçümler alınan sinyalin çok sayıda bileşenden oluştuğu, bunların duvarlardan ve makinalardan yansıdığı, her birinin alıcı ile verici arasında farklı bir güzergah izlediğini ortaya çıkarmıştır.
Bu etki alınan sinyal sağlamlığında çok hızlı değişmeler yaratmakta, özellikle çoklu yollardan gelecek sinyallere göre ayarlanmış radyo iletişim cihazı için ciddi problemlere neden olmaktadır.
Öte yandan yansımalar görüş alanına girmeyen yerlerin radyo kapsama alanına girmesine yardım etmek gibi bir avantaj sunmaktadır. Aynı zamanda yansımalar ortalama yol kayıplarını da azaltmaktadır. Test sonuçları alınan gücün hızlı sapma etkilerini yoketmek amacıyla bir dalgaboyuna oranlanmasıyla elde edilen değerin d(-1.1) e orantılı olduğunu (d= alıcı ve transmiter arasındaki mesafe) ortaya koymuştur.
Sinyal zayıflaması bu durumda uzaya kıyasla çok daha az olmakta, alınan güç d-2'ye orantılı bir değer sergilemektedir. İlave olarak hızlı sapmalara dayalı problemler de ortaya çıkmamaktadır. Bu da göstermektedir ki bu ekipmanlarda kullanılan doğrudan sekans yayılım spektrum tekniği çok yollu sapmalara dayanım nedeniyle bu tür ortamlarda dostça bir davranış sergilemektedir. Dahası frekans sıçrama yayılım spektrumu çok yollu sapmalara dayanıklıdır. Bluetooth ABB Advant AC800 Kontrolörün Parçası İsveç'teki ABB Otomasyon Ürünleri Merkezinin geliştirdiği yeni jenerasyon kontrolörler sistem mühendisliği, enstallasyon ve bakım grupları için iletişim gereksinimi duymaktadır. İletişim linki sağlam ve ucuz olmalıdır. Kızılötesi iletişim araştırılmış ancak göz hattı gerektirmesi gibi ciddi bir zayıflık görülmüştür. Radyo çözümü hem bu sorunun üstesinden gelmekte, hem de daha fazla esneklik sunmaktadır. ABB Norveç merkezi araştırma birimi Bluetooth teknolojisini RS232 seri kablo bağlantısının yerine AC800 kontrolörü için ADVANT CONTROL BUILDER uygulamasının çalıştığı PC/NT'de kullanmıştır. Bu sayede sahadaki kontrolöre rahat erişim sağlamıştır.
1999 yılında düzenlenen Interkama fuarında ABB Bluetooth linki kullanan ilk otomasyon ürünleri üreticisi firma olmuştur. Bu uygulama ABB kontrolörlerinin ofis otomasyon ekipmanlarına sorunsuz entegrasyonunu sağlamaktadır. Sunduğu kısa menzilli link kurulum, devreye alma ve bakım işlemlerinde esnek ve güvenilir bir veri iletişimi sağlamaktadır.
Yazılım sayesinde kontrolör RS232 yerine Bluetooth'u kullanabilmektedir. NT platformunda Bluetooth protokolünü kullanabilecek bir NT kernel sürücü yazılmıştır. Bu sürücü NT seri portunun üstüne yerleştirilmiş olup yine kernel modunda kullanılmaktadır. WIN32 AP1 seri iletişim için halen kullanılabilir olup PC/NT uygulamaları için herhangi bir değişiklik gerekmemektedir.
Sonuç:
Bluetooth kısa menzilli kablosuz iletişim için yeni dünya standardı olmak üzeredir. Başlıca avantajları düşük maliyet, satıcıların geniş desteği ve ISM frekans bandında lisanssız çalışma özellikleridir. ABB Norveç Merkezi Araştırma birimi Bluetooth ilgili yazılımlar konusunda geniş kapsamlı bir deneyime sahiptir. Karşılaşılan sorunlar Bluetooth'un henüz bebeklik çağında olduğunu düşündüğümüzde küçük ve önemsizdir. ABB ISM Frekans bandında endüstriyel ortamlarda yapmış olduğu iletişim testlerinde beklenenden az sorunla karşılaşmıştır. Çok yollu ortamlardaki hızlı sapmalar daha düşük yol kayıpları ve geniş kapsama alanı sunmakla beraber üzerinde hala çalışılması gereken bir konudur.
|
|
|
