ข้อ 12

Bluetooth คืออะไร และอธิบายการทำงานแบบ Adhoc Network ของ Bluetooth

        Bluetooth เป็นเทคโนโลยีของอินเทอร์เฟสทางคลื่นวิทยุ (Universal Radio Interface) สำหรับใช้ในการเชื่อมโยงสื่อสารไร้สายในแถบความถี่ 2.45 GHz ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ถือเคลื่อนย้ายได้ สามารถติดต่อเชื่อมโยงสื่อสารแบบไร้สายระหว่างกันในช่วงระยะห่างสั้นๆ ได้ อุปกรณ์แต่ละตัวสามารถติดต่อสื่อสารกับอุปกรณ์อื่นได้สูงสุดถึง 7 เครื่องพร้อมกัน ซึ่งจะเรียกเครือข่ายการติดต่อนี้ว่า "Piconet" ยิ่งกว่านั้นอุปกรณ์แต่ละตัวยังสามารถสังกัดอยู่กับเครือข่าย piconet ได้หลายเครือข่ายพร้อมกันอีกด้วย

Bluetooth ได้รับแนวความคิดมาจากอิริคสัน และการสนับสนุนจากทาง Nokia, IBM, Toshiba, Intel และผู้ผลิตรายอื่นๆ เทคโนโลยีนี้จะขจัดความต้องการที่ต้องใช้สายต่อหรือสายเคเบิลสำหรับเชื่อมโยงระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องโทรศัพท์เคลื่อนที่หรือไร้สาย โมเด็ม  headset,  PDA (Personal Digital Assistant)     คอมพิวเตอร์  เครื่องพิมพ์  โพรเจ็กเตอร์  เครือข่าย LAN  และอื่นๆ โดยมี radio chip ขนาดเล็กที่มีขีดความสามารถสูงและมีราคาถูก  ฝังไว้ภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ 

ลักษณะการทำงานของ Bluetooth

        Bluetooth เป็นตัวช่วยให้อุปกรณ์ต่างๆ ที่เราใช้เชื่อมต่อกันได้โดยไม่ต้องใช้สายเคเบิลต่างๆ  แต่จะใช้ระบบเชื่อมต่อด้วยสัญญาณวิทยุแทน   ในการเชื่อมต่อข้อมูลอุปกรณ์ต่างๆ ที่อยู่ในสภาวะแวดล้อมที่มีการรบกวนสูงโดยอาศัยการส่งสัญญาณความเร็วสูงและการทำงานเป็นช่วงๆ

กระบวนการเชื่อมต่อสัญญาณนั้นหากไม่มีการเปลี่ยนแปลงหรือปรับเปลี่ยนความถี่เกิดขึ้น ความเชื่อถือได้ของการเชื่อมต่อจะน้อย  ดังนั้น  Bluetooth จึงเพิ่มระบบสร้างความเชื่อถือ โดยที่เมื่อเกิดการส่งหรือรับข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ส่วนระบบการสร้างสัญญาณวิทยุที่ได้รับสัญญาณมาจะทำการเปลี่ยนความถี่เพื่อใช้ในการส่งครั้งต่อไป เนื่องจากเทคนิคนี้ไม่มีสายเคเบิลในการส่งสัญญาณแต่อย่างใด ทำให้สัญญาณที่ส่งมาอาจจะมีการคลาดเคลื่อนได้ ก็เลยต้องมีการเปลี่ยนความถี่เพื่อเป็นการรักษาคุณภาพของข้อมูล และที่สำคัญคือเป็นการเพิ่มความเข้มของสัญญาณอีกด้วย แต่ก็มีข้อจำกัดในการสร้างการเชื่อมต่อแบบนี้จะถูกกระทบจากคลื่นความถี่ที่ถูกสร้างขึ้นจากเครื่องใช้ในบ้านอย่างเช่นเตาอบไมโครเวฟ หากเอาอุปกรณ์ต่างๆ ไปทำงานใกล้ๆ กัน แตก็่เป็นเพียงผลที่เกิดจากระยะทางในการเชื่อมต่อที่ไกลออกไปเท่านั้น อย่างไรก็ตามมีระบบการแก้ไขปัญหาเรื่องการส่งข้อมูลด้วย  Forward Error Correction (FEC) สำหรับคอยช่วยแก้ไขหากมีผลกระทบจากสิ่งภายนอกดังกล่าว

แถบความถี่ของการใช้ Bluetooth

        Bluetooth ใช้ระบบความถี่วิทยุในการเชื่อมต่อ ความถี่ที่ใช้ในระบบรับ-ส่งข้อมูล (Bluetooth Radio) นั้นจะมีคลื่นความถี่สูงมากที่เป็นความถี่ที่ว่างอยู่และเรียกว่าเป็นสาธารณะที่ใครก็สามารถใช้งานได้ โดยจะอยู่ที่ 2.4 GHz  ซึ่งเรียกว่า ISM Band  (Industrial-Scientific-Medical Band) ซึ่งเริ่มจาก 2,400-2,483.5 MHz สำหรับในสหรัฐและยุโรป (แต่เฉพาะบางส่วนของแถบความถี่นี้เท่านั้น ที่มีให้ใช้ได้ในประเทศฝรั่งเศสและสเปน) และเริ่มจาก 2,471-2,497 MHz สำหรับในญี่ปุ่น ดังนั้นระบบสามารถถูกใช้ได้ทั่วโลก ถ้าอุปกรณ์รับส่งคลื่นวิทยุครอบคลุมแถบความถี่ระหว่าง 2,400-2,500 MHz และสามารถเลือกใช้ช่วงความถี่ที่เหมาะสมในแถบความถี่นี้ได้  โดยที่ระบบในการเปลี่ยนความถี่มีหน้าที่รับและจัดการความถี่ใหม่ที่จะใช้ในการเชื่อมต่อให้อยู่ภายในช่องกว้างของความถี่ (Bandwidth) ที่กำหนดไว้ประมาณ 1 MHz ซึ่งทั้งหมดจะอยู่ในรูปของการผสมคลื่นแบบ FM (Frequency Modulation) โดยที่จะมีความเร็วในการโอนถ่ายข้อมูลอยู่ที่  1 MB/S และจะเป็นการทำงานแบบสองทางหรือที่เรียกว่า Full Duplex ทำให้การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์สองทางเป็นไปอย่างรวดเร็ว ส่วนที่สองที่เรียกว่า Bluetooth Baseband เป็นระบบที่รวมเอาแผงวงจรและระบบแพ็กเก็ตสวิตชิ่งเข้าด้วยกัน โดยจะมีช่องทาง (Slot) ทำหน้าที่เป็นช่องทางสำหรับรับสัญญาณที่ส่งมาจากส่วนของระบบรับข้อมูล (Bluetooth Radio) โดยที่แต่ละช่องก็จะสามารถรับสัญญาณแบบ Synchronous ที่ส่งเข้ามาจากระบบปรับข้อมูลได้ 1 กลุ่มต่อการส่ง 1 ครั้ง หากแต่ว่าสามารถเพิ่มช่องทางได้ถึง 5 ช่องทางสำหรับสัญญาณแบบ Synchronous เพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพให้ระบบ นอกจากนั้นยังสามารถรับสัญญาณแบบ Asynchronous หากแต่ต้องแลกกับช่องสัญญาณของ Synchronous ในรูปแบบของสัญญาณเสียงไปถึง 3 ช่อง หรือบางแบบอาจจะมีช่องสัญญาณที่เป็นแบบผสมที่สามารถรับสัญญาณทั้งสองแบบได้โดยไม่ต้องมีการจำลองการทำงานเกิดขึ้น

ความเร็วในการทำงานของช่องสัญญาณแบบ Synchronous นั้นจะมีความเร็วในการทำงานอยู่ที่ 64 Kbps สำหรับระบบเสียง และหากเป็นช่องสัญญาณแบบ  Asynchronous ความเร็วสูงสุดที่ได้สูงถึง 721 Kbps หากแต่ว่าความเร็วที่ข้อมูลถูกที่ส่งกลับมานั้นจะอยู่ที่ 57.6 Kbps หรืออาจอยู่ที่ 432.6 Kbps ในกรณีที่ตัดเอาช่องสัญญาณด้านรับมาช่วยส่งสัญญาณแทน ซึ่งจะเห็นว่าความเร็วสูงขึ้นเกือบ 10 เท่าเลยทีเดียว

เนื่องจากแถบความถี่ ISM มีการเปิดกว้างให้ใช้ได้ทั่วไปทำให้มีสัญญาณแทรกแซงรบกวน (Interference) เกิดขึ้นได้มากมาย ซึ่งมาจากหลายสาเหตุ เช่น จากเครื่องตรวจสอบเด็กทารก เครื่องเปิดปิดประตู  โทรศัพท์ไร้สาย  และเตาอบไมโครเวฟ (ซึ่งมีผลเป็นอย่างมาก) สัญญาณแทรกแซงนี้สามารถถูกเลี่ยงได้ด้วยการใช้วิธีการแบบ adaptive  ซึ่งจะค้นหาบริเวณของความถี่ที่ไม่มีการใช้งาน หรือใช้วิธีการของ Spectrum spreading ช่วยในการขจัดสัญญาณแทรกแซง จึงมีการหลีกเลี่ยงและหาทางป้องกันที่เหมาะสมมาใช้ คือ

ด้านเครือข่าย (Network)

        Bluetooth unit ที่อยู่ในขอบเขตบริเวณใกล้เคียงกัน สามารถเซ็ตการเชื่อมโยงช่องสัญญาณระหว่างกันได้ แต่ละยูนิตจะมีความสามารถทางด้านฮาร์ดแวร์ที่เป็นแบบเดียวกัน เรียกว่า peer-to-peer ยูนิต 2 ตัวหรือมากกว่าที่เข้าใช้ช่องสัญญาณเดียวกันร่วมกัน จะถูกเรียกรวมกันว่าเป็นเครือข่ายพิโคเน็ต ยูนิตตัวหนึ่งภายในเครือข่ายจะทำหน้าที่เป็นมาสเตอร์ ซึ่งเป็นยูนิตหลักของเครือข่ายที่จัดตั้งพิโคเน็ตขึ้นมา ส่วนยูนิตอื่นที่เหลือจะถูกเรียกว่า slave ภายในเครือข่ายพิโคเน็ตหนึ่งจะมียูนิต mastor ได้เพียงตัวเดียวเท่านั้น

ทุกยูนิตในพิโคเน็ต จะใช้ masteridentity และ clock ในการติดตามช่องความถี่ที่จะกระโดดเปลี่ยนไป แต่ละยูนิตจะมี free-running clock หรือ native clock ของตนเอง เมื่อการเชื่อโยงช่องสัญญาณถูกกำหนดขึ้น ค่า clock offset  จะถูกบวกให้กับ native clock เพื่อที่จะซิงโครไนซ์ slave clock เข้ากับ master clock

ยูนิต master จะควบคุมทราฟฟิกทั้งหมดบนช่องสัญญาณยูนิตนี้จะจัดสรร capacity ให้กับ SCO link โดยการจองใช้ช่อง time slot ดังกล่าว แต่ถ้าเป็น ACL link (Asynchronous connectionless) ก็จะใช้วิธีการโพล (Polling) แทน ซึ่งในวิธีการโพลนี้ ยูนิต master จะโพลไปยัง slave ผ่านทางแพ็กเก็ตทราฟฟิกที่ส่งตามปกติ แต่ถ้าไม่มีทราฟฟิกส่งไปยัง slave ยูนิต master ก็จะใช้แพ็กเก็ตโพล (POLL packet) ส่งไปโพล slave แทนแพ็กเก็ตโพลนี้จะประกอบด้วย access code  และ header เท่านั้น ยูนิต slave จะถูกอนุญาตให้ส่งได้เท่านั้น เมื่อถูกแจ้งให้ทราบผ่านทาง MAC (Media access control) address ทั้งนี้เพื่อป้องกันการปะทะชนกันระหว่างการส่งของ slave