درک فرکانس بلوتوث در Mitigating Wireless Interference

فن آوری بلوتوث تبدیل شده است یک فعال نزدیک به همراه اتصال بی سیم، اتصال میلیاردها دستگاه روزانه - از گوشواره و ساعت هوشمند به سنسور های پزشکی و تجهیزات صنعتی، موفقیت آن در باند صنعتی 2.4 گیگاهرتز، علمی و پزشکی (ISM) وابسته به یک تکنیک هوشمندانه: فرکانس hopping. این مقاله توضیح می دهد که چگونه بلوتوث یک فرکانس سازگار، چرا ارتباطات تهویه مطبوع اشباع و یا کاهش می شود، حتی زمانی که آن را کاهش می دهد.

چه فرکانسی دارد؟

فرکانس hopping یک تکنیک گسترش چشم انداز است که در آن یک فرستنده و گیرنده به سرعت بین کانال های فرکانس از پیش تعیین شده در یک الگوی همگام سازی شده تغییر می کند، به جای پخش در یک کانال استاتیک، سیگنال "امید" در بسیاری از کانال ها، با هر کدام از آنها تنها یک بخش از ثانیه پایدار می شود.این رویکرد در طول جنگ جهانی دوم پیشگام بود به عنوان یک راه برای امن ارتباطات نظامی و مقاومت در برابر بلوتوث امروز، توانایی آن را با دیگر فن آوری های بی سیم.

در گروه 2.4 گیگاهرتز، بلوتوث 79 کانال متمایز (در حالت های سرعت پایه / اندازه داده) را تعریف می کند که 1 مگاهرتز جدا شده است. دستگاه های تغییر کانال تا 1600 بار در ثانیه، به این معنی که هر انتقال حدود 625 میکرو ثانیه طول می کشد - زمان اقامت به طوری که اکثر منابع مداخله تنها می توانند یک بخش کوچک از یک جریان داده را تحت تاثیر قرار دهند.

چگونه بلوتوث از فرکانس Horing استفاده می کند

Adaptive Frequency Horing Spread Spectrum (AFHSS)

بلوتوث یک نسخه تصفیه شده به نام Adaptive فرکانس Horing Broad Spectrum (AFH) را در بلوتوث 1.2 معرفی می کند، AFH اجازه می دهد تا یک دستگاه برای تشخیص کانال های درگیر مداخله مداوم - که معمولا از کانال های 20 مگاهرتز Wi-Fi یا اجاق های مایکروویو استفاده می شود - و سپس آن کانال ها را به عنوان "unuse" علامت گذاری کنید، سپس کانال های بد را حذف کنید، که تنها کانال های انتخاب بی سیم باقی مانده "خوب" هستند یا محیط های انتخابی هوشمند مانند بلوک های باز هستند.

میزبان بلوتوث معیارهای کیفیت کانال را از سیگنال های دریافت شده (درجه خطای بسته بندی، قدرت سیگنال) جمع آوری می کند و آنها را با کنترل کننده به اشتراک می گذارد.کنترل کننده یک نقشه کانال ایجاد می کند که هر یک از 79 ⁇ (یا 40 در بلوتوث کم انرژی) کانال را به عنوان استفاده یا استفاده می کند.این نقشه با دستگاه های متصل در طول توالی برش مبادله می شود، و همه طرف ها همگام سازی می شوند.

مکانیسم های همزیستی

فراتر از AFH، بلوتوث از تکنیک های اضافی برای به اشتراک گذاری گروه با Wi-Fi (IEEE 802.11) استفاده می کند، به عنوان مثال، تراشه های بلوتوث دوگانه-Mode می توانند با رادیو Wi-Fi از طریق داوری ترافیک بسته (PTA) هماهنگ شوند تا از انتقال همزمان جلوگیری کنند. Bluetooth Low Energy (BLE) از 40 کانال های تبلیغاتی اولیه و 37 کانال داده استفاده می کند.

اثربخشی برش فرکانس در برابر مداخله بستگی به تنوع مجموعه برش دارد. تعداد بیشتری از کانال های موجود بدان معنی است که هر منبع مداخله تنها می تواند درصد کمی از بسته ها را فاسد کند و بسته های از دست رفته از طریق انتقال مجدد یا اصلاح خطا پیش رو بهبود می یابند.

مزایای کلیدی از فرکانس Horing

  • تقسیم بندی از فرستنده های co-located: با صرف کردن فقط میکرو ثانیه در هر کانال، بلوتوث از برخورد طولانی اجتناب می کند، حتی اگر یک نقطه دسترسی Wi-Fi انتقال در همان فرکانس برای چند میلی ثانیه، بلوتوث دور قبل از مداخله فاجعه بار.
  • امنیت با قابلیت کم بودن Interception: الگوی برش pseudorandom، مشتق شده از ساعت و آدرس دستگاه بلوتوث، آن را به طور محاسباتی برای مهاجم برای پیش بینی کانال بعدی دشوار است.
  • Improves Linkibility و Throughput: Adaptive hopping به معنی دستگاه به طور مداوم بهینه سازی استفاده از کانال خود را به دلیل دخالت، آن را از مجموعه پرش، جلوگیری از از از از دست دادن بسته مداوم کاهش می یابد.
  • شبکه های مقیاس پذیر مقیاس پذیر: در استقرار های متراکم مانند شبکه های سنسور بی سیم یا سیستم های توزیع صدا، برش فرکانس احتمال دخالت دو پیکان بلوتوث با یکدیگر را کاهش می دهد. هر عکس از یک توالی مختلف استفاده می کند، بنابراین برخورد متقابل شبکه نادر است.

چالش ها و محدودیت ها

طیف گسترده

باند 2.4 گیگاهرتز به طور بدنامی مورد استفاده قرار می گیرد: Wi-Fi، Zigbee، Thread، موش های بی سیم، مانیتورهای کودک و حتی اجاق های مایکروویو فرکانس های مشابهی را به اشتراک می گذارند، در حالی که AFH از بسیاری از تداخل کننده های استاتیک، تداخل پویا - مانند یک کانال Wi-Fi به طور ناگهانی مشغول می شود - هنوز هم می تواند باعث انفجار های کوتاه از دست دادن بسته ها شود.

همزیستی با Zigbee و Thread

Zigbee و Thread از یک رویکرد مستقیم گسترش طیف (DSSS) استفاده می کنند و به طور معمول در یک کانال برای دوره های طولانی باقی می مانند، اگر این کانال با یک بلوتوث همپوشانی داشته باشد، ممکن است برخورد کند، زیرا بلوتوث به سرعت، احتمال برخورد مکرر کم است.در عمل، برنامه ریزی کانال دقیق (به عنوان مثال، قرار دادن کانال های Zigbee در شکاف های Wi-Fi) به علاوه کانال های قابل قبول.H.

دانلود بازی Hop Synchronization Overhead

برش فرکانس نیاز به هماهنگ سازی زمان دقیق بین دستگاه های کارشناسی ارشد و برده دارد.اگر یک دستگاه به دلیل تحمل ساعت از همگام سازی خارج شود - می تواند پرش ها را از دست بدهد و باعث کاهش اتصال شود. بلوتوث با یک مکانیسم زمان بندی Master-Slave جبران می شود، اما در محیط های بسیار پر سر و صدا دوباره ادغام می تواند چند صد میلی ثانیه طول بکشد.

نظرات

بلوتوث کلاسیک (BR /EDR) دارای فاصله اتصال اسمی 1.25 متر به 2.5 متر است، اما خود برش فرکانس بدون تاخیر قابل توجه فراتر از زمان کوتاه مدت است. بلوتوث کانال های تبلیغاتی کم انرژی (3 کانال) استفاده از یک طرح مختلف برش برای کشف اتصال، که می تواند چند میلی ثانیه تاخیر اسکن را معرفی کند.

برنامه های کاربردی real-World Application

Wireless Audio Streaming

هدفون بلوتوث و بلندگوها به شدت به برش فرکانس برای حفظ صدا بدون وقفه در محیط های با شبکه های متعدد Wi-Fi متکی هستند، به عنوان مثال، در یک فروشگاه قهوه شلوغ، یک هدست بلوتوث ممکن است با 10+ Wi-Fi نقاط دسترسی در کانال های همپوشانی مواجه شود. AFH اطمینان می دهد که جریان صوتی از آن فرکانس های شلوغ دور می شود، که منجر به پخش موسیقی صاف و تماس های تلفنی روشن می شود.

اینترنت اشیا (IoT) و شبکه های سنسور

بلوتوث کم انرژی (BLE) به طور گسترده ای در دستگاه های IoT مانند سنسورهای هوشمند خانگی، beacons و پوشیدنی های پزشکی استفاده می شود، BLE 37 کانال داده و AFH اجازه می دهد این دستگاه های باتری با سایر سیستم های بی سیم در خانه ها و بیمارستان ها همزیستی داشته باشند.به عنوان مثال، یک دماسنج قابل اعتماد می تواند داده های دما را انتقال دهد حتی زمانی که یک روتر Wi-Fi در نزدیکی قرار دارد.

اتوماسیون صنعتی و کنترل

در کارخانه ها، کنترل بی سیم ماشین آلات و سنسورها باید به طور قابل اعتماد در میان صدای مغناطیسی سنگین عمل کند. Bluetooth فرکانس hopping، همراه با انتقال بسته قوی، انعطاف پذیری لازم را فراهم می کند.شبکه های بلوتوث برای کنترل نور نیز از تنوع فرکانس بهره مند می شوند، که امکان نصب مقیاس پذیر را فراهم می کند.

تجهیزات پزشکی

بلوتوث در مانیتورهای گلوکز مداوم، اگزابرها و سایر دستگاه های پزشکی که نیاز به پیوندهای کم، مقاومت و تحمل دارند، استفاده می شود.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.د.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.

نتیجه گیری

فرکانس بلوتوث - به ویژه نوع سازگار آن - یک پاسخ پیچیده به چالش مداوم دخالت بی سیم است.با سرعت در سراسر ده ها کانال و هوشمندانه اجتناب از انواع پیچیده، دستگاه های بلوتوث حفظ اتصالات قابل اعتماد، امن و کم اعتبار در محیط هایی که در غیر این صورت غیر ممکن است.

برای مطالعه بیشتر، با مشخصات هسته ای برای جزئیات AFH مشورت کنید، یک مرور تاریخی از توسعه چشم انداز ، و یک مقاله IEEE در adaptive frequency] در استقرار واقعی [FLT5:5 [F5:5].