השן הכחולה- בלי לשבור שיניים

בחירת ספקטרום הרדיו- יש לשקול את הדברים הבאים:
1. לא יהיה שום תיאום בין המפעילים, כפי שקיים ברשת סלולרית.
2. על הספקטרום להיות זמין ברחבי העולם ללא צורך ברשיונות. כך הישימות של מכשירי שן כחולה תהפוך לגלובלית באמת. דבר זה הנו חשוב, שכן ניידות מהווה את אחד מהיתרונות המרכזיים של מכשירי שן כחולה. שיקולים אלה מעודדים לאמץ את תדר ה- ISM (סביב 2.45 ג'יגה-הרץ), שהנו זמין בכל העולם. הוא נשלט ע"י תקנות שונות באיזורים שונים בעולם ולכן יש לתכנן את המערכת תוך כדי לקיחה בחשבון של הזמינות המשותפת המינימלית.

יצירת קשר וקביעת יחידות בתחום אותן ניתן יהיה לקשר- הסביבה של מכשיר שן כחולה תשתנה באופן דינמי במהירות רבה. בנוסף, מספר המכשירים יהיה גדול למדי ויהיה צורך ליצור קשר עם מכשירים חדשים בכל פעם שהמשתמש יוציא את מכשירו מחוץ למקום העבודה הקבוע שלו. אם כן, כיצד המכשירים מוצאים אחד את השני ויוצרים התקשרות על גבי ערוץ ה- CDMA? חשוב כי המכשירים לא יסתמכו על הוראות ידניות כדי ליצור קשר. לכן, על התקן להציע תהליכים שיאפשרו למכשיר למצוא כתובות של מכשירי Bluetooth אחרים בקרבתו ללא כל תמיכה של המשתמש. בנוסף, צריך להיות מנגנון שיתחיל את קשר. דבר זה יצריך השגת סינכרוניזציה מסוימת בין שני המכשירים. על מנת לתת מענה לצרכים אלו, הוגדרו תהליכים הקרויים חיפוש, זימון וסריקה.

בחירת סכמת הגישות המרובות- סכמת המודולציה:
בתדר ה- ISM, רוחב הפס של אותות מוגבל ל- 1 מגה הרץ. כדי להשיג עמידות, נבחרה סכמת מודולציה בינארית. דבר זה מציב את הגבול לקצב נתונים של 1 Mbps. עבור מערכות FH ותמיכה בשינוע נתונים, הסכמה המתאימה ביותר הנה סכמת גילוי לא עקבית (non coherent detection scheme). נעשה שימוש במפתח הסטת תדרים (Frequency Shift Keying - FSK) גאוסיאני מסונן, עם אינדקס מודולציה מספרי של 0.3. מכפלת הזמן ורוחב הפס של הפרה-פילטר הגאוסיאני הוא 0.5. מכפלות לוגיות נשלחות כסטיות תדר חיוביות ואילו אפסים נשלחים כסטיות תדר שליליות. בטכניקה זו, ניתן להשיג דה-מודולציה בפשטות על ידי limiting FM discriminator וכך מתאפשר יישום של יחידות רדיו בעלות נמוכה.

הקצאת ערוצים- ויסות הגישה האמצעית והקצאת ערוצים:
כפי שצוין קודם לכן, יש צורך בקיום מספר גדול של ערוצים עצמאיים באותו החלל, כאשר כל אחד משרת את המשתתפים שלו. קצב הנתונים הזמין בסכמת המודולציה שבה השתמשנו הנו 1 Mbps. לכן, כדי לחסוך בקיבולת, יש לשים על ערוץ מסוים רק את היחידות שצריכות להעביר מידע בינן לבין עצמן. מסיבה זו, הוכנסה התפיסה של piconets. כל ערוץ מזוהה על ידי רצף דילוג ייחודי ועל ידי שעון של מכשיר מתאם אחד באותו הערוץ, המכונה המאסטר. ערוץ זה מכונה piconet ו- piconets רבים, החופפים מבחינת מכשירים, מכונים scatternet. על מנת לפשט את יישום תקשורת הדופלקס, הותקן TDD. כל מכשיר משדר בחריצים לסירוגין ומשתמש בחריצים שבין חריצי השידור על מנת לקלוט. המאסטר של ה- piconet אחראי על הניהול מבחינת זהות המכשיר המשדר ועיתוי שידורו. כך ניתן להתחלק בערוץ בצורה יעילה. יש לציין כי ישנם 79 תדרים ברצף הדילוג, דבר המאפשר 79 רצפי דילוגי תדר אנכיים. דבר זה יכול לספק Mbps 80 של קיבולת שידור נתונים בתוך חלל מקומי. אולם, מכיוון שמכשירי Bluetooth אינם מתאמים, רצפי הדילוג לא יהיו אנכיים והקיבולת התיאורטית של 80 Mbps לא תמוצה.

ויסות הגישה האמצעית Medium access control:
בחירת סכימת הגישה האמצעית צריכה לקחת בחשבון את חוסר התיאום של המכשירים בתדר ה- ISM. לא ניתן לעשות שימוש ב- FDMA Frequency Division Multiple Access שכן הוא אינו נותן מענה הולם למאפייני מריחת התדר של ספקטרום ה- ISM. Time Division Multiple Access מצריך סינכרון זמנים קפדני, שהנו מסורבל יחסית עבור חיבורים אד הוק. CDMA (Code Division Multiple Access) הנו התשובה הברורה, שכן הוא ממלא אחר דרישות המריחה ומסוגל לעבוד עם מערכות לא מתואמות. השאלה הבאה היא Direct Sequence מול Frequency Hopping. ל- DS מספר חסרונות, כגון הצורך ברפרנט תזמון משותף, שאינו רעיון טוב בתרחיש scatternet אד הוק. בנוסף, בשל בעיית הקרוב רחוק, יש צורך בשליטה מתואמת בהספק. לבסוף, קצב נתונים גבוה יצריך קצב צ'יפים גבוה יותר - שאינו מומלץ, בשל רוחב הפס הגדול וההפרעות שתגרמנה ובשל ניקוז עודף של זרם. FH, חוץ מהעובדה שהוא מטפל בבעיות אלו, מציע גם יתרונות אחרים. האות הממוצע מרוח על פני רוחב פס גדול אך האות הרגעי הנו רק פס צר, כך שקל יותר לסנן הרבה מההפרעות הפוטנציאליות. לפיכך, Bluetooth משתמשת ב FH-CDMA. על מנת לשמור שהשפעות ההפרעות תהיינה מינימליות ועל מנת להפוך את הנתונים לעמידים, נעשה שימוש בחבילות קצרות מאוד וקצב דילוג התדר הנו גבוה - 1600 דילוגים לשנייה.

לקול עשויה להיות עדיפות על פני נתונים:
מכשירי 80 Mbps מיועדים לספק הן תקשורת קולית, דוגמת טלפונים ניידים, אוזניות או סורקי קול והן תקשורת נתונים שתכנס לרשתות בדרך המסורתית. על ערוץ הקול להיות סינכרוני ולספק ערובות של עיכוב ולטנטיות לטובת איכות קול סבירה. לפיכך, יש צורך בקשר שני שיתמוך בקול ויועדף ביחס לנתונים אסינכרוניים. Bluetooth עושה שימוש בשני סוגי קשר:
1. אסינכרוני ללא קשר - Asynchronous Connectionless - ACL.
2. מכוון לקשר סינכרוני - Synchronous Connection Oriented - SCO.
קשר ה- SCO הנו קשר נקודה לנקודה והמשאבים בו נשמרים - חריצי TDD במרווחים קבועים נשמרים על מנת להבטיח את ההמשכיות בערוץ הקול. ניתן להשתמש בשאר החריצים על ידי קשרי ACL. קשר ה- SCO מאופיין בכך שגם במהלך תהליכים כגון זימון, חיפוש וסריקה, אשר יתכן ויהיה בהם צורך עבור יישום מקביל, עדיין ניתן להעביר את החבילות הסינכרוניות בחריצים הקבועים שלהם.

הפרעה - הדדית או ממקורות אחרים:
בשל היות תדר ה- ISM לא שמור, יהיה מגוון משדרים הטרוגניים בתחום התדרים שלו. בנוסף, מיקרוגלים ומקורות אור משדרים בתדר זה, וזו הייתה למעשה הסיבה המקורית להיות תדר זה ללא רשיונות. מקור נוסף שצפוי להיות נוכח באותם איזורים כמו סביבת ה- Bluetooth הוא משדרי ה- 30dBm WLAN. לפיכך, על מכשירי ה- Bluetooth להיות עמידים להפרעה שכזו. שתי גישות נפוצות הן דיכוי והמנעות. השימוש בדיכוי, המושג באמצעות קידוד או מריחת DS , הנו פחות הגיוני עבור Bluetooth מפני שיחסי הקרוב רחוק עלולים להיות גבוהים מדי ולא ניתן יהיה להתמודד עמם באמצעות coding gains מעשיים וניתנים להשגה. המנעות מהפרעות הנה אפשרות מושכת יותר, מפני שהאות הרצוי משודר בנקודות בתדר ו / או בזמן בהן ההפרעה הנה נמוכה או לא קיימת. המנעות בתדר הנה מעשית יותר, מפני שרוב מערכות הרדיו מוגבלות בתדר וקרוב לוודאי שיהיה זה אפשרי למצוא תדר בו ההפרעה נמוכה יחסית. בנוסף, נדרשת עמידות בפני שגיאות, מפני שהפרעות של התפרצויות קטנות, הנובעות מהתנגשויות או גורמים אחרים, עשויות להשחית חבילות נתונים בסביבה אלחוטית. הדבר מצריך תיקון שגיאות בשכבות גבוהות יותר מעל הקשר הפיזי. למטרה זו, Bluetooth בחרה לספק סכמה המבוססת על אישור קבלה עם בקשה חוזרת אוטומטית - automatic repeat request . מידע ה- headers בחבילות, שהנו קריטי ביותר לביצוע הקשר, מוגן תחילה על ידי בדיקת יתירות ציקלית ובהמשך מיושמת בדיקת שגיאה קדימה - Forward Error Check בקצב של 1/3, החוזרת על הביט שלוש פעמים. לשם הגנה על נתונים, ישנה תמיכה לרמות שונות של יתירות, שההבדל ביניהן הוא בתקורה שלהן. יישום מסוים יכול להשתמש בסוג החבילה הדרוש על פי דרישותיו. עבור קשר קול סינכרוני, קשה לשדר בשנית חבילה במקרה של שגיאות. לכן נעשה שימוש בקידוד קול CVSD, שהנו עמיד לקצב שגיאות גבוה.

צריכת חשמל:
קשר חוטי הופך ללא שמיש אם מחובר כבל גרוע. ניתן להשיג ניידות רק אם המכשיר מופעל על ידי סוללה. לפיכך, צריכת חשמל הופכת להיות שיקול חשוב. נעשו נסיונות להוריד את צריכת החשמל למינימום, כשהשאיפה היא שהצריכה תהיה רק מעט מעבר לאחוז קטן מהחשמל הנצרך על ידי המכשיר המארח. סופקו מודים שונים של צריכת חשמל נמוכה (המתנה, רחרוח, חנייה), כדי לאפשר ליחידה להתאים את צריכת החשמל שלה למינימום ההכרחי ולהשתמש בצריכת החשמל המלאה רק כאשר היא עסוקה בתקשורת באופן פעיל.

הגנת הנתונים על גבי הערוץ:
מכשירי Bluetooth לרוב יכילו וישדרו נתונים אישיים מאוד של בעליהם, שכן הם יהוו את הממשק לרוב משאבי המידע יקרי הערך של הבעלים. לפיכך, חיוני לא להתפשר ביחס לבטיחות בעת המעבר מהממשקים החוטיים לממשקים האלחוטיים. מסיבה זו, יש צורך לספק אמצעים להצפנת נתונים. בנוסף, יש להגביל את השירותים המוצעים מנקודות גישה של Bluetooth לסט מסוים של משתמשים מורשים. משמעות הדבר, כי התקן צריך לספק מנגנון מסוים שיאפשר גישה מוגבלת וזיהוי של מכשירים מורשים. תוך כדי לקיחה בחשבון של שתי דרישות אלו, Bluetooth מספק הצפנה ואימות ברמת הקשר. הדבר נשלט באמצעות מתן מספר זיהוי אישי - Personal Identification Number למשתמשים. על מספר זה להיות ידוע למשתמש, במקרה ועליו להיכנס למכשיר מאובטח. באופן זה ניתן ליישם שליטה בגישה. על מנת להבטיח את בטיחות ההצפנה, נעשה שימוש במפתחי הצפנה ארוכים. בנוסף, מפתחות אלו אינם משודרים על גבי הערוץ האלחוטי אלא נעשה שימוש בפרמטרים אחרים, שבאמצעותם ניתן להפיק את המפתחות, על ידי שילובם עם מידע הידוע באופן ספציפי למכשירים שזהותם אומתה. מוצעים סוגים שונים של מפתחות, המאפשרים כוח חישוב משתנה במכשירים לא אחידים. לבד מהצפנה ברמת הקשר, העושה שימוש במפתחות בגודל 128 ביט, שכעת נחשב לבטוח למדי, תמיד קיימת האפשרות להצפין פעם נוספת ברמת היישום עצמה. אולם, הצפנה ברמת הקשר מאפשרת תקן אוניברסלי.