การต่อขยายเครือข่ายด้วย PAN

เครือข่าย PAN ที่ใช้เทคโนโลยี Bluetooth นั้น จะเป็นหนทางใหม่ในการต่อขยายเครือข่าย Mobile Network ไปให้ถึงมือผู้ใช้งานมากขึ้น ผู้ใช้งานบางคนที่สามารถติดต่อเข้าไป ใช้เครือข่าย Bluetooth PAN ได้นั้น สามารถที่จะใช้เครื่องโทรศัพท์มือถือ GPRS/UMTS ที่เป็นส่วนหนึ่งของเครือข่าย PAN นั้น เป็น Gateway ในการเชื่อมติดต่อไปยังอินเทอร์เน็ต หรือเชื่อมติดต่อไปยังเครือข่าย IP ขององค์กรได้ คราวนี้ ถ้ามาลองพิจารณา Traffic Load ในเครือข่าย จะพบว่า Aggregate Traffic ของเครือข่าย PAN นั้น โดยปกติ จะสูงเกินมากกว่าทราฟฟิกของเครื่องโทรศัพท์มือถือเพียงเครื่องเดียว ยิ่งกว่านั้นถ้าหากเครือข่าย Bluetooth PAN หลายเครือข่ายถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันเป็นเครือข่าย Scatternet ก็ยิ่งทำให้ค่า Capacity นี้สูงขึ้นกว่าเดิมไปอีก รูปที่ 3 เป็นภาพตัวอย่างที่มีการใช้เครือข่าย Bluetooth PAN ถึง 4 เครือข่ายด้วยกัน เครือข่าย PAN เหล่านี้ถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันด้วย Bluetooth Link ผ่านทางเครื่อง Laptop Computer นอกจากนี้เครือข่าย PAN 2 เครือข่าย จะถูกเชื่อมต่อไปยังเครือข่าย IP Backbone Network โดย เครือข่ายหนึ่งจะเชื่อมต่อผ่านทาง LAN Access Point ส่วนอีกเครือข่ายหนึ่ง จะเชื่อมต่อผ่านทางเครื่องโทรศัพท์ GPRS/UMTS ดังที่แสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 ภาพตัวอย่างของการเชื่อมโยงระหว่างกันของเครือข่าย Bluetooth PAN 4 เครือข่าย โดยมีอยู่ 2 เครือข่ายที่เชื่อมต่อไปยังอินเทอร์เน็ต ผ่านทาง Bluetooth LAN Access Point และ GPRS/UMTS Phone

เครือข่าย PAN หนึ่งๆ อาจจะประกอบไปด้วยอุปกรณ์สมาชิกหลายอย่างที่มีเทคโนโลยีของการ Access ที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้ก็จะใช้ประโยชน์จากฟังก์ชัน ของ ad hoc ที่มีอยู่ในเครือข่าย PAN ตัวอย่างเช่น เครื่อง Notebook Computer ก็อาจจะมีอินเตอร์เฟสของ Wireless LAN (WLAN) เช่น IEEE 802.11 หรือ HiperLAN/2 ต่ออยู่กับเครื่อง ทำให้สามารถ Access เข้าไปใช้เครือข่ายได้เมื่อเครื่อง Notebook ถูกนำเข้ามาใช้ภายใน ดังนั้น เครือข่าย PAN จึงได้ประโยชน์จากการที่มีอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีของการ Access แบบต่างๆ รวมอยู่ด้วยกัน ภายในเครือข่าย ทำให้ขจัดความต้องการที่จะสร้างอุปกรณ์แบบลูกผสม เช่น อุปกรณ์ที่รวม PDA และ Mobile Phone เข้าด้วยกัน เพราะว่าเครือข่าย PAN จะทำให้เกิดการอินทิเกรตอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันทาง Wireless

จากที่กล่าวมาข้างต้น จะขอเน้นว่า เทคโนโลยีของการเชื่อมต่ออุปกรณ์ด้วยคลื่น Radio ในระยะสั้น อย่างเช่น Bluetooth นั้น จะเป็นแรงผลักดันสำคัญที่ทำให้เกิดความคล่องตัวสำหรับการใช้งานของเครือข่าย PAN

เครือข่าย Bluetooth

อุตสาหกรรมทั่วโลกได้แสดงความสนใจอย่างมาก ในเทคนิคของการเชื่อมต่ออุปกรณ์แบบ Wireless ในระยะสั้น อย่างเช่น เทคโนโลยีของ Bluetooth ที่กำลังมีบทบาทสำคัญเป็นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีของ Bluetooth ต้องสามารถที่จะใช้งานใน ad hoc network ที่อาจจะเป็นแบบ Stand-Alone หรือเป็นส่วนหนึ่งของ IP Network หรือทั้งสองอย่างพร้อมกัน

เป้าหมายหลักของ Bluetooth ก็คือ ต้องการแทนที่การใช้สายเคเบิลที่เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องโทรศัพท์, PDA, Laptop Computer, Digital Camera, Printer และเครื่องแฟกซ์ โดยเปลี่ยนมาเชื่อมต่ออุปกรณ์เป็นแบบ Wireless แทน เพียงแค่นำเอา Radio Chip ที่มีราคาถูกเข้ามาใช้ เทคโนโลยีของการเชื่อมต่ออุปกรณ์ ด้วย Wireless ในระยะสั้นๆ นี้ ยังเป็นการช่วยในการต่อขยายเครือข่ายของ IP Network เข้าไปยังเครือข่ายของ Bluetooth PAN ตามที่กล่าวมาข้างต้นได้อีกด้วย

Bluetooth ต้องสามารถส่ง IP ได้อย่างมีประสิทธิภาพในเครือข่าย PAN ด้วย เพราะว่าเครือข่าย PAN จะถูก เชื่อมต่อไปยังอินเทอร์เน็ต ผ่านทางเครือข่าย UMTS หรือเครือข่าย LAN ขององค์กร และยังอาจจะมี Host ของ IP รวมอยู่ด้วย กล่าวโดยทั่วไปก็คือว่า การมี Capacity ที่ดี ในการส่ง IP จะทำให้เครือข่าย Bluetooth มีอินเตอร์เฟส ที่เปิดกว้างสำหรับการรองรับการพัฒนา Application ใหม่ๆ เข้ามาใช้งานได้เพิ่มมากขึ้น

- รายละเอียดเบื้องต้นเกี่ยวกับ Bluetooth

Bluetooth เป็นเทคโนโลยีการสื่อสารแบบไร้สาย ที่ใช้หลักการของการกระโดดเปลี่ยนความถี่ (Frequency-Hopping) ในแถบความถี่ Unlicensed Industrial-Scientific-Medical (ISM) Band ที่ 2.4 GHz เครือข่าย Piconet เป็นเครือข่ายที่เกิดจากเครื่อง Bluetooth Unit จำนวน สองเครื่องหรือมากกว่า มีการเข้าใช้งานช่องสัญญาณเดียวกันร่วมกัน ดังตัวอย่างในรูปที่ 4 เครื่อง Bluetooth Unit ใดๆ ภายในเครือข่าย Piconet สามารถทำหน้าที่เป็น Master หรือ Slave ก็ได้ เครือข่าย Piconet แต่ละเครือข่าย อาจจะประกอบไปด้วย Master หนึ่งเครื่อง และ Slave ได้มาก ถึง 7 เครื่อง แต่ละเครือข่าย Piconet จะต้องมี Master หนึ่งเครื่องเสมอ

รูปที่ 4 ตัวอย่างของ Bluetooth Piconets

ยิ่งกว่านั้น ถ้าหากเครือข่าย Piconet จำนวน สองเครือข่ายหรือมากกว่า ถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ก็จะ กลายเป็นเครือข่ายขนาดใหญ่ที่เรียกว่า เครือข่าย Scatternet ดังในรูปที่ 5 จุดเชื่อมต่อระหว่างเครือข่าย Piconet สองเครือข่าย ก็คือเครื่อง Bluetooth Unit ซึ่งเป็นสมาชิกของทั้งสองเครือข่าย เครื่อง Bluetooth Unit เครื่องหนึ่ง สามารถทำหน้าที่เป็น Slave ในหลายๆ เครือข่าย Piconet ได้พร้อมกัน แต่ว่าจะเป็น Master ได้ภายในเครือข่ายเดียวเท่านั้น และเนื่องจากว่าเครื่อง Bluetooth Unit จะสามารถส่งและรับข้อมูลในเครือข่าย Piconet หนึ่ง ที่เวลาหนึ่ง เท่านั้น ดังนั้นการเข้าไปมีส่วนร่วมหรือเข้าไปเป็นสมาชิก ในหลายๆ เครือข่าย Piconet ก็จะต้องใช้หลักการของ Time Division Multiplex

รูปที่ 5 Bluetooth Scatternet

ระบบ Bluetooth จะมีการส่งสัญญาณแบบ Slotted Time-Division Duplex (TDD) และมีช่วงเวลาของแต่ละ Slot เท่ากับ 0.625 ms การส่งสัญญาณจะเกิดขึ้นระหว่าง Master กับ Slave เท่านั้น ไม่มีการส่งสัญญาณโดยตรงระหว่าง Slave ด้วยกันเอง การสื่อสารในเครือข่าย Piconet จะเกิดขึ้นเมื่อ Master มีการ Poll ไปยังแต่ละ Slave เครื่องที่ Slave จะถูกอนุญาตให้ทำการส่งข้อมูลได้เท่านั้นภายหลังจากที่ได้รับการ Poll จาก Master แพ็กเกตข้อมูลที่ส่งระหว่าง Master กับ Slave อาจจะเป็นแบบ Single Timeslot หรือ Multislot ก็ได้

- เครือข่าย Scatternet

เครือข่าย Bluetooth จะถูกนำมาใช้เชื่อมโยงอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกัน อย่างเช่น โทรศัพท์เซลลูลาร์, PDA, Notebook Computer ทำให้เกิดเป็นเครือข่าย PAN ขึ้นมา เครือข่าย PAN อาจจะเป็นเครือข่าย IP Network ที่ใช้เทคโนโลยีของ Bluetooth และโดยทั่วไปก็มักจะมีโทโปโลยีเป็นเครือข่าย Piconet เครือข่ายเดียวโดดๆ อย่างไรก็ตามเมื่อผู้ใช้งานในเครือข่าย PAN ต้องการเชื่อมโยงไปยังเครือข่าย PAN อื่นๆ ก็สามารถทำได้โดยการเชื่อมโยงกันเป็นเครือข่าย Scatternet ขึ้นมา ตัวอย่างเช่น เครือข่าย PAN หลายเครือข่าย อาจจะเชื่อมต่อไปยังจุดที่เป็น Internet Access Point บนเครือข่าย LAN (LAN Access Point, LAP) โดยการรวมตัวสร้างเป็นเครือข่าย Scatternet ขึ้นมา และใช้ Bluetooth ในการเชื่อมโยง ดังรูปที่ 6

รูปที่ 6 แสดงเครือข่าย Scatternet ที่เกิดจากการเชื่อมโยง เข้าด้วยกันของ 3 Piconets โดยมี Piconet หนึ่งใช้สำหรับเป็นช่องทางการติดต่อไปยังเครือข่ายภายนอก ผ่านทาง Bluetooth LAN Access Point ตัวอักษร M และ S แสดง Unit ที่เป็น Master และ Sslave ในแต่ละเครือข่าย Piconet

เราสามารถที่จะเห็นการเชื่อมต่อรวมกันของเครือข่าย PAN หลายๆ เครือข่าย และมีการ Access เข้าใช้อินเทอร์เน็ตจาก PAN เครือข่ายหนึ่งหรือหลายๆ เครือข่าย การ Access ไปยังอินเทอร์เน็ตสามารถใช้เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ อย่างเช่น GPRS/UMTS ทำหน้าที่เป็น Bridge/Router Gateway สำหรับเชื่อมต่อผ่านไปยังอินเทอร์เน็ต ดังรูปที่ 7

รูปที่ 7 แสดงเครือข่าย Scatternet ที่เกิดจากการเชื่อมโยง เข้าด้วยกันของ 3 Piconets โดยมี Piconet หนึ่งใช้เครื่อง โทรศัพท์เซลลูลาร์ GPRS/UMTS เป็นช่องทางการติดต่อไปยัง IP Network ภายนอก

เครือข่าย Scatternet สามารถถูกจัดใหม่ เพื่อให้มี Performance ที่ดีกว่าเดิมได้ ตัวอย่างเช่น ถ้าหาก Slave สองโหนด ต้องการจะติดต่อกัน ก็อาจจะสร้าง Piconet ขึ้นมาใหม่ ซึ่งประกอบด้วยสองโหนดนี้เท่านั้น โดยแต่ละโหนด ก็ยังคงสามารถเป็นสมาชิกของ Piconet เดิมได้อยู่ เนื่องจากระบบ Bluetooth ได้ใช้เทคนิคของการส่งสัญญาณแบบ Frequency-Hopping Spread-Spectrum (FHSS) จึงทำให้สามารถทนทานต่อสัญญาณแทรกสอด (Interference) ได้ เป็นอย่างดี และทำให้การเพิ่ม Piconet ใหม่ๆ ขึ้นมา ก่อให้เกิดผลดีในเรื่องของ Capacity มากกว่าที่จะเป็นผลเสียในเรื่องของสัญญาณแทรกสอดที่เพิ่มขึ้นเสียอีก

- Bluetooth SIG

Bluetooth Special Interest Group (SIG) เป็นกลุ่ม ที่เกิดจากการรวมตัวของภาคธุรกิจชั้นนำในแวดวงอุตสาหกรรม ทางด้าน Telecommunications, Computing และ Network ซึ่งมีส่วนสำคัญให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีของ Bluetooth และนำออกเผยแพร่สู่ตลาด กลุ่ม Bluetooth SIG ประกอบด้วยกลุ่มบริษัทผู้สนับสนุนหลัก (Promoter) 9 ราย คือ 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia และ Toshiba รวมทั้งบริษัทอื่นๆ อีก มากกว่า 2,000 บริษัท ที่สนับสนุนและนำเอาเทคโนโลยี ของ Bluetooth ไปใช้งาน

งานของการพัฒนาเทคโนโลยี Bluetooth จะถูกดำเนินการโดยคณะทำงาน (Working Group) หลายกลุ่มด้วยกัน หนึ่งในจำนวนนั้นคือ Personal Area Networking Working Group (PAN WG) ซึ่งรับผิดชอบในการพัฒนาฟังก์ชันและโปรโตคอลที่จะรองรับ IP Application ที่จะนำเข้ามาใช้งานในเครือข่าย PAN รวมทั้งการปรับปรุงข้อกำหนดทางเทคนิคต่างๆ ของ Bluetooth เพื่อให้มี Performance ที่ดีขึ้น

*** คลิ๊กที่นี้เพื่อกลับสู่หน้าหลัก ***