Bilgisayar Ağları

1970 ve 80'li yıllar telekominikasyon alanında dünyada devrimler yaşanmasına sahne oldu. Analog FM teknolojisi kullanılarak hücresel iletişim teknikleri geliştirilmeye başlandı. FM teknolojisi telsiz (wireless) iletim devriminin ilk adımı sayılır ve çoğu zaman birinci nesil teknoloji olarak adlandırılır.

90'lı yıllarda ikinci nesil hücresel kişisel iletim sistemleri PCS, (Personel Communications Systems) geliştirildi. Yeni sistemler, zaman bölüşümlü çoklu erişim TDMA (Time Division Multiple Access) ve darband kod bölüşümlü çoklu erişim CDMA (Code Division Multiple Access) standartlarına dayanmakta. Sayısal teknoloji kullanan yeni teknolojiler, analog sistemlere nazaran daha yüksek kapasiteli veri iletimine sahip olmalarına rağmen, halen spektrum kullanımında etkili değiller ve yeterince yüksek hızda veri taşıyamıyorlar. Ayrıca harici frekans girişimlerine karşı korunaklı değiller.

Şu an dünyada üç tane ikinci nesil teknik hakim. GSM, CDMA, PDC. Bunlar arasında GSM dünya üzerinde en yoğun kullanılan sistem. GSM, TDMA temelli bir sistemdir ve Amerika kıtası ve Japonya, Kore haricinde hemen hemen dünyanın her alanında kullanılmakta. CDMA sistemler, dünya telsiz hücresel iletim sistemlerinin yaklaşık yüzde 20'si oranında kullanılmakta ve yoğun kullanıldığı yerler Kuzey ve Güney Amerika kıtasıdır. PDC ise TDMA tabanlı Japon hücresel telsiz iletim sistemi. Bu sistemler değişik yöntemler kullanılarak biribirleri ile haberleşebilecek duruma getirilebilseler dahi, genel olarak dünya üzerinde tek bir değişim ortamı oluşturulamamıştır.

İkinci nesil teknikler çok dar frekans bantları kullanırlar. Bu alan bu sistemlere ses iletimi için yeterli imkanı sağlasa da, veri iletimi için yeterli değildir. Şu an ikinci nesil teknikler üzerinden iletilebilecek veri hızı sadece 9.6 Kbps oranındadır. Bu oran maalesef veri iletimi için çok düşük ve pahalıya mal olacak bir orandır.

Geliştirilen bu iletişim teknikleri ile birlikte bir sıra farklı iletişim teknolojileri de geliştirilmiş durumdadır. Bunların da kendilerine göre avantajları ve dezavantajları vardır. Kullanım alanına ve amacına göre bu teknolojiler bir birinden farklılık arz etmektedir. Günümüzde kullanılan, geliştirilen ve kullanılacak olan tüm teknolojiler, farklı yonleri ile birlikte bundan sonrakı bolumlerde anlatılmaktadır.

IrDA Teknolojisi

Kullanım alanları: Cep telefonları, PDA'lar, dizüstü bilgisayarlar ve uzaktan kumandalar.

Avantajı:

 

  • Yaygınlık

Dezavantajları:

  • Düşük menzil
  • Yüksek arıza riski
  • Konuşma desteğinin olmaması

Bu kısaltmanın açılımı "Infrared Data Association" anlamıma geliyor. 1993 yılında, aralarında Hevvlett Packard ve IBM'in de bulunduğu yaklaşık 30 firma, kızılötesi ışınlarla veri aktarımını standartlaştırmak için bir araya geldi. İlk standart kızılötesi arabirimi (SIR), 115,2 Kbps' lik aktarım hızına sahipti. Daha sonra Fast Infrared Standard (FIR) geliştirildi. FIR ile 4 MBit/ sn'lik aktarım hızına ulaşıldı. Yeni duyurulan "Very Fast Infrared" standardı (VFIR) ile 16 MBit/sn'lik hızlarla veri aktarımı mümkün olacak.

IrDA sisteminde verici olarak, dalga boyu 850-900 nm olan ve ışını 30 derecelik açıyla yayan bir diyot kullanılıyor. Alıcının menzili, teorik olarak bir metre. Ancak kızılötesi ışınlar, normal ışık ve yansıtıcı cisimler gibi etkenlerden kolayca etkilenirler. Bu nedenle pratikte durum farklı: Parlak güneş ışığ altında menzilleri çok kısa, evlerde kullanılan yapay ışık altında ise menzilleri daha uzundur.

Bağlantı herhangi bir cihaz üzerinden kurulabilir. Aktif halde olduklarını belirtmek için IrDA arabirimleri, her iki saniyede bir, bir ışık demeti yayınlarlar. Eğer civarda başka bir IrDA cihazı bulunuyorsa, bu sinyalleri, algılar ve böylece bağlantı kurulur, ilk aşamada cihazlar birbirlerine kendi özelliklerini bildiren verileri gönderirler.

Daha sonra Tiny Transport protokolü üzerinden asıl veri alışverişi gerçekleşir. Bu protokolün üzerine farklı üç protokol daha kurulur: Yerel ağ girişi için IrLAN, veri alışverişi için Infrared Object Exchange Protocol (IrOBEX), seri ve paralel arabirimlerin oluşturulması için Ir-COMM. Sonuncu protokole mobil internet erişimi için ihtiyaç duyulur. IrDA özellikle cep telefonu ve PDA pazarında yaşanan patlamadan sonra popüler oldu. IrDA hem mobil internet erişimi için hem de masaüstü bilgisayarı ile dizüstü bilgisayarı arasında veri alışverişi için kullanılıyor. IrDA'nın kablolu-kablosuz güçlü rakipleri var. USB arabirimleri şu sıralar çok yaygın. Üstelik IrDA'ya oranla daha çok destekleniyor. Bunun yanı sıra, kablosuz bağlantı teknolojisi Bluetooth, daha yaygın ve endüstriyel anlamda daha çok tercih ediliyor.

DECT Teknolojisi

Kullanım alanları: Sabit ağ telefonları, mobil internet erişimi.

Avantajları:

 

Yaygınlık

  • 120 iletişim kanalı
  • Düşük arıza riski

Dezavantajı:

  • Frekans birliği yok

1992 yılında Avrupa Telekomünikasyon Standart Enstitüsü (ETSI), Digial European Cordless Telecommunication (DECT) için ETS 300 175 standardını hazırladı. Günümüzde bu standart 100'den fazla ülkede kullanılıyor. 1994 yılında hazırlanan Generic Access Protocol'ü (GAP) ile bütün DECT cihazları birbirleriyle kombine edilebiliyor. DECT sistemini diğer mobil iletişim sistemlerinden ayıran özellik, merkezi bağlantılarının bir merkezde toplanmasıdır. Kaynakların yönetimi cihazlar üzerinden kontrol ediliyor. DECT sistemi, temel istasyon ile mobil parça arasında, noktadan noktaya bağlantı mantığı üzerine kurulmuş. Buna göre iletişim, ancak bir temel istasyon ile mobil parça arasında kurulabilir, iki mobil parça arasında, doğrudan bağlantı kurmak mümkün olmuyor.

Avrupa içinde DECT, 1.880 ile 1.900 MHz frekans aralığında çalışıyor. Mevcut frekans aralığı bir multi-carrier yöntemi ile on kanala ayrılıyor. Bir frekans yelpazesi içinde çeşitli taşıyıcı frekanslar aynı anda gönderiliyor. Bir frekansın devre dışı kalması durumunda, yeteri kadar yedek frekans hazır bulunuyor. Bu kanallar TDMA (Time Division Multiple Access) ile, her biri 417 ns süren 24 zaman aralığına bölünüyor. Bu sayede birçok cihaz, aynı anda aynı frekansta yayın yapabiliyor. Cevap sinyali de aynı şekilde Time Divsion Duplex tarafından organize ediliyor: Temel istasyon ile mobil parça sırası ile verilerini gönderiyor. Adaptive Different Pulse Code Modulation (ADPCM) kodlama yöntemi sayesinde, yüksek iletişim kalitesi elde ediliyor. ADPCM yönteminde, konuşma sesi ve müzik yüzde 50 oranında sıkıştırılıyor.

Veri aktarımı için, her bir zaman aralığı başına 32 KBit/sn'lik aktarım hızı kullanılıyor. Ses aktarımından farklı olarak veri aktarımı sırasında, güvenli iletişim için bir kontrol uygulanıyor. Bu kontrol nedeniyle veri aktarım hızı 24 KBit/sn'ye düşüyor. Ancak veri aktarımı için 23 farklı kanalı birbirlerine bağlamak mümkün. Bu şekilde iletişim hızı 552 KBit/sn'ye kadar çıkıyor, internet gezintilerinde ihtiyaç duyulan asimetrik aktarım olanağı, bu teknolojide de kullanılabilir. Kapalı mekanlarda DECT sisteminin menzili 40 metre. Açık alanlarda ise 350 metre.

DECT sisteminin sağladığı en önemli avantaj, frekans bantlarının rezerve edilmesi ve müdahale yöntemlerinin belirlenmesidir. Bu sayede Bluetooth gibi sistemlerde meydana gelen arızaların önüne geçiliyor, ayrıca kullanım da belirgin ölçülerde kolaylaşıyor. Bir ağdan diğerine aktarım da sorunsuz gerçekleşiyor. "Handover" adı verilen aşama, kullanıcıya fark ettirilmeden otomatik olarak gerçekleşiyor.

DECT bir ağın kendisini değil, ağa girişi tarif eder. Bu nedenle sistemi ISDN, LAN ya da GSM gibi pek çok ağ için kullanmak mümkün.

Sistemin en önemli dezavantajı, DECT standardı için dünya çapında çok farklı frekans alanlarının kullanılmasıdır. Örnek olarak Avrupa'da üretilen DECT cihazları, Amerika'da üretilenlerle uyumlu değiller. Üstelik çözümlerin birçoğu ISDN'e göre hazırlanmış durumda. Bir başka olumsuzluk ise, cihazın fiyatının oldukça yüksek olması.

Bütün bunlara rağmen DECT sisteminin geleceği parlak gözüküyor. DECT teknolojisi şu anda, Avrupa'daki kablosuz telefonlar için en geçerli standart durumunda. Aynı şekilde "Wireless Local Loop" adı verilen kablosuz çözümler de DECT pazar payının yüzde 30'unu elinde tutuyor. Bir başka kullanım alanı da web-pad gibi kablosuz veri aktarım durumları. Ancak, burada kullanılan ürünlerin düşük performansları ve yüksek fiyatları, sistemin yaygınlaşmasını engelliyor. DECT cihazlarının UMTS'de de kullanılması mümkün.

Home RF Teknolojisi

Kullanım alanları: Küçük ağlar, mobil internet erişimi.

Avantajları:

  • Yüksek veri aktarım hızı
  • Servis kalitesi
  • Bant genişliği rezervasyonu

Dezavantajı:

  • Uyumlu cihaz az

1999 yılında "Home RF Working Group" kablosuz çözümler üretebilmek amacıyla DECT ve IEEE 802.11 standartlarını bir araya getirdi. Kablosuz İnternet Erişim Protokolü (Shared Wireless Access Protocol-SWAP) olarak adlandırılan çözüm, son kullanıcılara yönelik. Sistemin içinde yer alan DECT sistemi konuşma hizmetlerini, paket tabanlı veri iletimini ve Streaming Media gibi uygulamalarda ihtiyaç duyulan kesin aktarım hızı hizmetlerini garanti ediyor.

Home RF, ISM frekans sınırı içinde 2,4 GHz ile, maksimum 100 mW'lık performansla yayın yapıyor. Tıpkı IEEE 802.11 gibi Home RF de Frequency Hopping Spread Spectrum mekanizmasını kullanıyor. Home RF sistemi 10 Mbit/sn'lik veri aktarım hızına ulaşabiliyor, iletişimi hem peer to peer olarak hem de bir kontrol noktası (Control Point "CP") üzerinden kurmak mümkün. Buradaki Control Point, IEEE 802.11 standardında kullanılan Access Point uygulamasına benziyor. Konuşma için kullanılan Control Point, aynı anda sekiz telefon görüşmesini yapabilecek kapasitede olmalı. Bir ağa 256 CP bağlanabilir. Güvenlik nedeniyle her ağ yapısının ayrı bir ağ-ID'si (Network ID) bulunuyor. Bu ID'nin gizli tutulmasıyla, ağa dışardan izinsiz girişler önlenir. Teorik olarak Home RF çok başarılı olmalıydı, ancak endüstrinin çıkarları farklı yönlerde olduğu için, sistem pratikte fazla tutulmadı, gelecekte yerini tamamen başka teknolojiye bırakacak gibi görünüyor.

Home RF özel veri network'lerinde kullanılabilir. Ayrıca sistemi koordine eden ve telefon şebekesine (ses ve veri) bir gateway sunan bir bağlantı noktasının altında da Home RF kullanılabilir. Sıçrama frekansı 8 Hz'dir.

Bluetooth Teknolojisi

Kullanım alanları: Bilgisayar ve donanımların kablosuz bağlantıları.

Avantajı:

  • Geniş endüstriyel destek

Dezavantajlari:

  • Uyumlu cihaz az
  • Düşük menzil
  • Düşük aktarım hızı

1994 yılında Ericsson, cep telefonları ve cep telefonu aksesuarları arasında kablosuz iletişim kurabilecek düşük güç tüketimli, düşük maliyetli bir radyo arabirimi üzerinde araştırma yapmaya karar verdi. Bu karar Bluetooth teknolojisinin kapılarını açan adımdı. Benzer şekilde bir cep telefonu ve bir taşınabilir bilgisayar arasında kablosuz iletişim kurmak için de her iki cihaza küçük bir radyo alıcısı yerleştirilebilirdi. Bir yıl sonra mühendislik çalışmaları başladı ve Bluetooth teknolojisinin gerçek potansiyeli daha net bir şekilde görülebilir oldu. Cihazlar arası iletişimde kabloları kaldırmak amacıyla start alan bir fikir zamanla yepyeni imkanları da gözler önüne serdi: Bluetooth uygulamaları; mevcut veri ağlarına uzanan evrensel bir köprü, çevre birimleri için bir arabirim ve küçük çaplı cihaz ağları oluşturmak için bir araç olarak da kullanılabilirdi. 1998 Şubat ayında Special Interest Group (SIG) kuruldu. SIG çatısı altında 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia ve Toshiba gibi öncü firmaların yanı sıra binlerce irili ufaklı üye firma da yer almaktadır. SIG'nin başlangıçtaki görevi, teknolojinin sadece tek bir şirket tarafından sahiplenilmesini önlemek amacıyla, kısa menzilli radyo iletişimi sahasında yaşanan teknik gelişmeleri izlemek ve açık, global bir standardın oluşmasını sağlamaktı. Yapılan çalışmaların neticesinde 1999 Temmuz ayında ilk Bluetooth spesifikasyonu çıkarıldı. SIG'nin önemli çalışmaları arasında bu spesifikasyonun geliştirilmesi yer alıyor. Kuruluşun önde gelen diğer görevleri ise birlikte çalışabilirlik gereksinimleri, frekans bandı harmonizasyonu ve teknolojinin kitlelere tanıtılmasıdir.

Bu kadar tarihçeden sonra Bluetooth™; Ericsson, Nokia, IBM, Intel ve Toshiba tarafından IrDA ve kablolu bağlantılara alternatif olarak geliştirilen kısa mesafede yüksek hızda veri aktarımı sağlayan güvenli bir kablosuz iletişim yöntemidir, denebilir. "Yöntem" denmesinin nedeni, Bluetooth™'un fiziksel araçtan, iletişim sözleşmesine kadar tamamen baştan tasarlanmış olmasıdır. Esasen beş üretici tarafından geliştirilen bu standart, halka ilk defa 1998 yılında tanıtıldı.

Bluetooth ile diğer çözümler arasındaki en belirgin fark, Bluetooth ile birden çok cihazın birbirleri ile aynı anda iletişim kurabilmesidir. Şekil 1.6 size bu konuda bir fikir verecektir. Gördüğünüz gibi Bluetooth™ sisteminde radyo bağlantısı ile bir çok aracı bağlamanız mümkün olmaktadır. Üstelik cihazlar arasında görsel temasa ihtiyaç duyulmuyor. Diğer standartlarda olduğu gibi Bluetooth da 2,45 GHz ISM bandını kullanıyor. Parazitleri büyük ölçüde önleyebilmek için FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) yöntemine başvuruluyor. Yöntemde 2,402 GHz ile 2,480 GHz frekans aralığı l MHz'lik aralıklarla 79 kanala bölünüyor. Bölünme sonucu, saniyede 1.600 frekans atlaması gerçekleşebiliyor. Bu sayede de Bluetooth bağlantılar diğerlerine oranla çok daha kararlı oluyorlar.

Konuşma seslerinin iletimi için Bluetooth SCO/Synchronous Connection Oriented yöntemini, veri iletimi için de ACL/Asynchronous Connectionless yöntemini kullanıyor. Asimetrik bağlantılarda bir yöne doğru azami aktarım hızı 721 KBit/sn, tersi yöne doğru ise 57,6 KBit/sn olarak gerçekleşiyor. Simetrik olarak 432,6 KBit/sn'lik veri aktarım hızıyla bağlantı kuruluyor. 300 mA'lik bir performansta sistemin menzili 10 metreye kadar çıkabiliyor.

Bluetooth ile hem point to point (noktadan noktaya) hem de point to multipoint bağlantıları kurmak mümkün. En az iki, en çok sekiz cihazın yerel olarak birbirine bağlanması ile oluşan ağa "piconet" deniliyor. Bu ağda bütün katılımcılar teorik olarak aynı yetkilere sahipler. Bir cihaz birden çok piconet'e bağlı olabilir. Ancak bir cihazın master konumunda olup, diğerlerini senkronize etmesi gerekir.

Sınırlı menzil ve aktarım hızı değerlerinden dolayı Bluetooth sisteminin, IEE 802.11b standardına rakip olması düşünülemez.

Bluetooth'da kullanılan topoloji

Bluetooth araçları Piconet ve Scatternet adını verdiğimiz ağlar içerisinde yer alırlar ve haberleşirler. Şimdi bu iki önemli tanıma bakalım.

Karşılıklı olarak yarıçapı içinde olan iki araç birbirleri ile bağlantı kurabilirler. Bir bağlantı kuran araçlar bir Piconet oluşturmaktadır. Şekil 1.6'da gördüğünüz bulut sembolü bir Piconet'i simgelemektedir. Bir Piconet'te bulunan araçlardan birisi yönetici (master) rolü üstlenir. Yönetici araç, yarıçapı içindeki bütün diğer araçların (köleler, slave) listesini tutar. Her Piconet'de sadece bir yönetici bulunur.

Köleler ise aktif olup olmadıklarına göre sınıflandırılabilirler. Aktif bir köle, o anda yönetici ile veri aktarımı yapmakta demektir. Bir Piconet'de 255 pasif, 7 tane de aktif köle bulunabilir. Bir kölenin sadece yönetici ile iletişim kurabileceğini unutmayın.

Her Bluetooth™ aracının kendisine ait bir Bluetooth™ Araç Adresi (BD_ADDR) vardır. Bu adres her araç için tektir. Yani aynı adrese sahip iki araç olamaz. Piconet'lerde aktif kölelere birer aktif üye adresi de (AM_ADDR) verilir. Bir köle aktif değilken bile yönetici ile eş zamanlı olmak zorunda olacağı için bir pasif üye adresi alır (PM_ADDR). Bir köle pasiflikten aktifliğe geçerken pasif üye adresini yitirir ve yöneticiden bir aktif üye adresi alır. Ancak bu durumda Bluetooh™ Piconet'inde güvenlik için sağlanan frekans atlamalı sistemin çalışabilmesi için aynı anda iki aracın aynı frekansta bulunmaması gerekmektedir. Bu da ciddi bir zamanlama sorunu getirir. Yönetici aracın saati, kölelerin referans aldığı bir nokta olur ve bu sayede frekans atlamadaki eşzamanlılık sağlanır.

Kesişen alanları olan Piconet'ler grubuna Scatternet adı verilir. Örneğin bir yönetici tarafından görülen bir köle, diğer kölelerin uzağında bulunduğu için onlar tarafından görülemeyebilir. Bu durumda bu köle ile yönetici ayrı bir Piconet sayılır. Elbette ki bu iki Piconet'in frekans atlama sıralamaları farklı olacaktır ki yönetici her iki Piconetde bulunan aktif köleler ile sorunsuz haberleşebilsin. Birden fazla Piconetde bulunan bir Bluetooth™ aracı, aynı anda ancak birisinde aktif durumda olabilir. Aynı zamanda, bir Piconetde yönetici olan bir araç, diğerinde köle de olabilir.

Sistemin çalışması

Buetooth araçları dört ayrı çalışma durumundan birisindedirler. Aktif, koklama, durağan ve park. Bağlantı sırasında paketler gidip gelirken bu durumlardan geçilir. Aktif durumdaki bir araç, yönetici-köle kanalını, kendi zaman aralığında dinleyerek, kendi AM_ADDR'sini içeren paketleri bekler. Araç sadece kendi zaman aralığında dinleme işleminde bulunduğu için aktif mod enerji anlamında en verimli durumdur. Koklama durumundaki bir köle, kanalı yönetici tarafından kendisine bildirilen bir zaman aralığında periyodik olarak dinler. Bu özellikle birden fazla Piconetde yer alan köleler için enerji tasarrufu yapmaya yönelik bir uygulamadır. Yönetici köleye paketleri sadece önceden belirttiği koklama zaman aralıklarında yollar. Durağan durumdaki bir köle belli işlemleri yapamaz ancak yönetici ile frekans eş zamanlılığını korur. Bu durumdaki bir köle hala AM_ADDR'sini korur. Yani aktif duruma geçtiği zaman eski adresi ile çalışacaktır. Park durumdaki bir köle ise park üye adresi (PM_ADDR) ve erişim isteme adresi (AR_ADDR) olarak iki adres alır. park durumu bir yöneticiye 7'den daha fazla köle bağlandığı zaman ortaya çıkar. Park durumundaki bir köle, aktif duruma geçmek için yöneticiye AR_ADDR'si ile başvurur. AR_ADDR'lerin her köle için farklı olmak zorunda olmadığını ancak PM_ADDR'lerin her köle için farklı olduğunu bilmeniz yararlı olacaktır. Bu sayede bir Piconetde yer alan köle sayısı 7'den 255'e çıkartılırken iletişimin verimliliği de korunmuş olur.

Bluetooth teknolojisinin kullanım alanları

Bluetooth, insan-makine ve makine-makine bilgi alışverişinde, kablo iletişimini kaldırmayı hedefleyen bir iletişim standartıdır. Bir sistemde Bluetooth™ bağlantısı olabilecek araçlar ile ilgili herhangi bir kısıtlama düşünmeyin. Bir buzdolabı yada bir vantilatörü de Bluetooth™ arabirimi ile denetleyebilirsiniz. Elbette ki bu, erişim için ekleyeceğiniz bileşenlerin düşük maliyetli olmasını gerektirmektedir.

Bluetooth ile günümüzde biribirinden ayrı çalışan ve iletişim kanalları olarak kullandığımız, masaüstü ve taşınabilir PC, avuçiçi bilgisayar (PDA), mobil telefon, fotoğraf makinesi, video kamera gibi çeşitli cihazlar, belirli bir frekans üzerinden birbirleriyle kablosuz haberleştirilerek, aralarında bilgi senkronizasyonu sağlanabilecektir. Bu senkronizasyon, kimi zaman sözkonusu cihazların kendi alt-parçaları arasında bile olabilir. Örneğin; Mobil telefonun alıcı-verici kısmı ile kulaklığı Bluetooth sayesinde birbirinden ayrı kullanılabilmektedir.

Şu anda elimizde bulunan ilk nesil bileşenler bile oldukça makul bir şekilde fiyatlandırıldığından kısa dönemde Bluetooh'un genel anlamda yaygınlık kazanacağını düşünebiliriz. Bluetooth™'un sunduğu 2 Mbit/s veri erişimi sayesinde taşınabilir araçlarda Internet erişimi, gerçek zamanlı görüntü aktarımı ve bir çok çoklu ortam uygulaması beklenebilecek. Bu da üçüncü nesil (3G) olarak adlandırdığımız taşınabilir araçların tanımı zaten.

Ericsson'un çıkarttığı cep telefonları için Bluetooth™ telsiz kulaklığı gibi uygulamaların çok ötesinde uygulamalar önümüzdeki yıllarda reklamlarda görmeye alışmamız gereken şeylerdir. Sonuç olarak Bluetooth™ yeni ve ilginç bir teknoloji olarak bir çok uygulamaya açık.

Kaynak: Şenel Büber