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Bluetooth von Thomas Hennig. Inhalt Herkunft Herkunft Funktion Funktion Piconetz/Scatternetz Piconetz/Scatternetz Bluetooth Protocol Stack Bluetooth Protocol.

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Präsentation zum Thema: "Bluetooth von Thomas Hennig. Inhalt Herkunft Herkunft Funktion Funktion Piconetz/Scatternetz Piconetz/Scatternetz Bluetooth Protocol Stack Bluetooth Protocol."—  Präsentation transkript:

1 Bluetooth von Thomas Hennig

2 Inhalt Herkunft Herkunft Funktion Funktion Piconetz/Scatternetz Piconetz/Scatternetz Bluetooth Protocol Stack Bluetooth Protocol Stack Verbindungstypen Verbindungstypen Pakettypen Pakettypen Fehlerkorrektur Fehlerkorrektur Ausblick Ausblick

3 Herkunft Dänischer König Harald Blåtand Dänischer König Harald Blåtand Nachname bedeutet Blauzahn Nachname bedeutet Blauzahn Hat große Teile Skandinaviens vereint Hat große Teile Skandinaviens vereint Bluetooth soll Kommunikation elektronischer Kleingeräte einen Bluetooth soll Kommunikation elektronischer Kleingeräte einen Skandinavische Runen der Initialen von Harald Blauzahn sind Ursprung für Logo Skandinavische Runen der Initialen von Harald Blauzahn sind Ursprung für Logo

4 Bluetooth SIG 1994 Suche bei Ericsson nach Ersatz für Kabel zwischen Mobiltelefon und Zusatzgeräten 1994 Suche bei Ericsson nach Ersatz für Kabel zwischen Mobiltelefon und Zusatzgeräten 1998 Gründung der Bluetooth SIG um Bluetooth als de-facto-Standart etablieren 1998 Gründung der Bluetooth SIG um Bluetooth als de-facto-Standart etablieren Mittlerweile über 2000 Mitgliedsunternehmen Mittlerweile über 2000 Mitgliedsunternehmen

5 IEEE Ziele: geringe Kosten, flexible Einsatzmöglichkeiten, geringer Energieverbrauch, Störungsunempfindlichkeit und Daten für Multimediale Anwendungen übertragen Ziele: geringe Kosten, flexible Einsatzmöglichkeiten, geringer Energieverbrauch, Störungsunempfindlichkeit und Daten für Multimediale Anwendungen übertragen Inzwischen ist der Bluetooth- Standart von IEEE Arbeitsgruppe für WPANs als IEEE adaptiert worden Inzwischen ist der Bluetooth- Standart von IEEE Arbeitsgruppe für WPANs als IEEE adaptiert worden

6 Funktion 2,4 Ghz ISM Band (lizenzfrei) 2,4 Ghz ISM Band (lizenzfrei) Wlan, schnurlose Telefone, Mikrowellen Wlan, schnurlose Telefone, Mikrowellen 79 Kanäle 79 Kanäle 1 Mhz Abstand 1 Mhz Abstand 2,402 – 2,480 2,402 – 2,480 Sicherheitsband am Rand Sicherheitsband am Rand

7 Funktion Frequenz Hopping um unempfindlich gegen Störungen zu sein Frequenz Hopping um unempfindlich gegen Störungen zu sein 1600 mal je Sekunde 1600 mal je Sekunde Je nach Übertragungsart sind bis zu 1 Mbit/s möglich Je nach Übertragungsart sind bis zu 1 Mbit/s möglich

8 Funktion Übertragung von Daten und Sprache Übertragung von Daten und Sprache Fehlerkorrektur nur bei Daten Fehlerkorrektur nur bei Daten Kommunikation über vordefinierte Profile z.B. FT, Headset, CTP, GAP … Kommunikation über vordefinierte Profile z.B. FT, Headset, CTP, GAP … Vollduplex über Zeitmultiplex Vollduplex über Zeitmultiplex SCO / ACL SCO / ACL

9 Funktion Sendeleistung der Geräte: Sendeleistung der Geräte: Klasse 1100mW100m Klasse 1100mW100m Klasse 2 2,5mW50m Klasse 2 2,5mW50m Klasse 31mW10m Klasse 31mW10m

10 Funktion Bluetooth Geräte bilden immer ein Ad-Hoc-Netzwerk wenn sie sich verbinden Bluetooth Geräte bilden immer ein Ad-Hoc-Netzwerk wenn sie sich verbinden Piconetz mit max. 8 aktiven Teilnehmern und bis zu 255 inaktiven Piconetz mit max. 8 aktiven Teilnehmern und bis zu 255 inaktiven Scatternetz aus mehreren Piconetzen Scatternetz aus mehreren Piconetzen Kollision? Kollision?

11 Piconetz Netzwerkstruktur aus bis zu 8 Geräten Netzwerkstruktur aus bis zu 8 Geräten 1 Master 1 Master 7 Slaves 7 Slaves 255 Inaktive Slaves 255 Inaktive Slaves

12 Piconetz Master Master Gerät das die Verbindung aufbaut wird zum Master Gerät das die Verbindung aufbaut wird zum Master Alle Slaves synchronisieren sich am Master (eigener Timer + Offset) Alle Slaves synchronisieren sich am Master (eigener Timer + Offset) Gibt die Frequenzwechsel im Piconetz vor Gibt die Frequenzwechsel im Piconetz vor Slaves Slaves Nehmen verschieden Zustände ein Nehmen verschieden Zustände ein

13 Piconetz Nur der Master kann mit Slaves Daten austauschen Nur der Master kann mit Slaves Daten austauschen Damit Slave zu anderen Netzteilnehmern senden kann muß er mit Master Rolle tauschen Damit Slave zu anderen Netzteilnehmern senden kann muß er mit Master Rolle tauschen Standartzustand von Slave ist Standby Standartzustand von Slave ist Standby Jedes Gerät hat 48bit Seriennummer Jedes Gerät hat 48bit Seriennummer

14 Piconetz Hauptzustände Standby Standby kann nur vom Master mittels Inquiry- oder Page-Scans aufgeweckt werden kann nur vom Master mittels Inquiry- oder Page-Scans aufgeweckt werden der Slave scannt dabei alle 1,28 Sekunden 32 reservierte Frequenzen nach eingehenden Nachrichten aus dem eigenen Piconetz der Slave scannt dabei alle 1,28 Sekunden 32 reservierte Frequenzen nach eingehenden Nachrichten aus dem eigenen Piconetz

15 Piconetz Hauptzustände Connection Connection 2 Geräte sind miteinander verbunden und können Daten austauschen 2 Geräte sind miteinander verbunden und können Daten austauschen nur aus diesem Zustand können Geräte in einen der Stromsparzustände gehen nur aus diesem Zustand können Geräte in einen der Stromsparzustände gehen

16 Piconetz Zustände Active Active Slave wartet auf Pakete vom Master um dann selbst senden zu können Slave wartet auf Pakete vom Master um dann selbst senden zu können Sniff Sniff Slave wartet nicht auf Pakete kann aber über seine Adresse angesprochen werden Slave wartet nicht auf Pakete kann aber über seine Adresse angesprochen werden Geringerer Stromverbrauch Geringerer Stromverbrauch

17 Piconetz Zustände Hold Hold Gerät stellt seine Übertragungen für eine durch den Master definierte Zeit ein Gerät stellt seine Übertragungen für eine durch den Master definierte Zeit ein Slave kann diesen Zustand selbst erfragen Slave kann diesen Zustand selbst erfragen Park Park Nicht mehr aktiv am Piconetz beteiligt Nicht mehr aktiv am Piconetz beteiligt Hält Synchronisation mit Master aufrecht Hält Synchronisation mit Master aufrecht

18 Piconetz Zustände Inquiry Inquiry Wird bei unbekannten Adressen gesendet um Gerät zu identifizieren Wird bei unbekannten Adressen gesendet um Gerät zu identifizieren Page Page Wenn Gerät bereits bekannt ist Wenn Gerät bereits bekannt ist Master sendet Page Nachricht auf 16 reservierten Frequenzen Master sendet Page Nachricht auf 16 reservierten Frequenzen Gerät antwortet nach spätestens 2,56 Sekunden Gerät antwortet nach spätestens 2,56 Sekunden

19 Piconetz Zustände

20 Scatternetz Piconetze können zu einen Scatternetz verbunden werden Piconetze können zu einen Scatternetz verbunden werden Verbindung erfolgt durch ein gemeinsames Gerät, welches Master oder Slave sein kann Verbindung erfolgt durch ein gemeinsames Gerät, welches Master oder Slave sein kann Wenn Master dann nur in einen Netz Wenn Master dann nur in einen Netz

21 Scatternetz

22 Bluetooth Protokoll Stack Regelt Kommunikation zwischen Geräten Regelt Kommunikation zwischen Geräten Dient zum auffinden von Geräten und deren angebotenen Services Dient zum auffinden von Geräten und deren angebotenen Services Es wurde versucht möglichst viele existierende Protokolle zu integrieren Es wurde versucht möglichst viele existierende Protokolle zu integrieren 4 verschiedene Gruppen 4 verschiedene Gruppen

23 Bluetooth Protokoll Stack Bluetooth Core Protocols Bluetooth Core Protocols Baseband, LMP, L2CAP, SDP Baseband, LMP, L2CAP, SDP Cable Replacement Protocols Cable Replacement Protocols RFCOMM RFCOMM Telephony Control Protocols Telephony Control Protocols TCS-Binary, AT-Commands TCS-Binary, AT-Commands Adopted Protocols Adopted Protocols PPP, UDP, TCP, IP, WAP, OBEX PPP, UDP, TCP, IP, WAP, OBEX

24 Bluetooth Protocol Stack

25 Bluetooth Core Protocols und Bluetooth Radio werden von jeden Gerät benutzt Bluetooth Core Protocols und Bluetooth Radio werden von jeden Gerät benutzt Rest wird benutzt wenn nötig und stellt Schnittstelle zu den Core Protocols dar Rest wird benutzt wenn nötig und stellt Schnittstelle zu den Core Protocols dar Die Protokolle der höheren Schichten wurden möglichst ohne Änderungen übernommen damit Anwendungen ohne Aufwand auch mit Bluetooth betrieben werden könne Die Protokolle der höheren Schichten wurden möglichst ohne Änderungen übernommen damit Anwendungen ohne Aufwand auch mit Bluetooth betrieben werden könne

26 Bluetooth Radio Schnittstelle die Verbindung über Funkwellen beschreibt Schnittstelle die Verbindung über Funkwellen beschreibt Frequenzwechsel mit 1600 Hopps/sec Frequenzwechsel mit 1600 Hopps/sec Timeslots zu je 0,625 ms Timeslots zu je 0,625 ms 1 Paket je Timeslot 1 Paket je Timeslot

27 Verbindungstypen Synchronous Connection Oriented Synchronous Connection Oriented Point to Point mit einen Slave Point to Point mit einen Slave Für zeitkritische Übertragungen wie Sprache weil keine Fehlerkorrektur möglich Für zeitkritische Übertragungen wie Sprache weil keine Fehlerkorrektur möglich Master reserviert Timeslots (Bandbreite) für die Übertragung Master reserviert Timeslots (Bandbreite) für die Übertragung

28 Verbindungstypen Assynchronous Connection Less Assynchronous Connection Less Point to Multi-Point (Verbindung mit mehreren Slaves) Point to Multi-Point (Verbindung mit mehreren Slaves) Verwendet restliche nicht für SCO reservierte Timeslots Verwendet restliche nicht für SCO reservierte Timeslots Bei Paketverlust kann wiederholt gesendet werden Bei Paketverlust kann wiederholt gesendet werden

29 Baseband Link Controller über dem Bluetooth Radio Link Controller über dem Bluetooth Radio Steuerung der physikalischen Funkverbindung Steuerung der physikalischen Funkverbindung Encoding und Decoding der Datenpakete Encoding und Decoding der Datenpakete Festlegen der Hopp Sequenz Festlegen der Hopp Sequenz Fehlerkorrektur Fehlerkorrektur Verwaltung der logischen Verbindungen Verwaltung der logischen Verbindungen Authentisierung, Autorisation, Verschlüsselung Authentisierung, Autorisation, Verschlüsselung

30 Pakettypen 13 Pakete für Baseband Layer 13 Pakete für Baseband Layer Höhere Schichten nutzen diese um eigene PDUs zu bauen Höhere Schichten nutzen diese um eigene PDUs zu bauen Access Code: Access Code: CAC, DAC, IAC CAC, DAC, IAC

31 Pakettypen SCO und ACL Pakete: SCO und ACL Pakete: ID Paket - Antwort für Response, Inquiry, Page ID Paket - Antwort für Response, Inquiry, Page Null - Übermittelt Information zum Status der Verbindung (keine Empfangsbestätigung) Null - Übermittelt Information zum Status der Verbindung (keine Empfangsbestätigung) Poll – Wie Null nur mit Empfangsbestätigung Slave muß darauf Antworten Poll – Wie Null nur mit Empfangsbestätigung Slave muß darauf Antworten FHS – enthält Verbindungsdaten und wird zur Synchronisation genutzt FHS – enthält Verbindungsdaten und wird zur Synchronisation genutzt DM1 – Enthält nur Steuerinformationen DM1 – Enthält nur Steuerinformationen

32 Pakettypen SCO Pakete SCO Pakete Größe fest auf 240 bit Größe fest auf 240 bit HV1 – 1,25ms Audio (64kBit/s) HV1 – 1,25ms Audio (64kBit/s) HV2 – 2,5ms Audio HV2 – 2,5ms Audio HV3 – 3,75ms Audio HV3 – 3,75ms Audio DV – Audio und Daten (Datenteil kann erneut gesendet werden) DV – Audio und Daten (Datenteil kann erneut gesendet werden)

33 Pakettypen ACL Pakete ACL Pakete DM1 18 Byte Payload 16 Bit CRC DM1 18 Byte Payload 16 Bit CRC AUX1 20 Byte Payload AUX1 20 Byte Payload DH1 28 Byte FEC DH1 28 Byte FEC DM3 123 Byte FEC DM3 123 Byte FEC DH3 185 Byte kein FEC DH3 185 Byte kein FEC DM5 226 Byte FEC DM5 226 Byte FEC DH5 341 Byte kein FEC DH5 341 Byte kein FEC

34 Fehlerkorrektur FEC Forward Error Correction FEC Forward Error Correction Maßnahme gegen Fehler weil Funkverbindungen recht anfällig sind Maßnahme gegen Fehler weil Funkverbindungen recht anfällig sind Pakete müssen aber nicht geschützt werden Pakete müssen aber nicht geschützt werden

35 Fehlerkorrektur 1/3 FEC – jedes Bit wird 3 mal gesendet 1/3 FEC – jedes Bit wird 3 mal gesendet 2/3 FEC – Information wird mittel gekürzten Hamming Codes geschützt 2/3 FEC – Information wird mittel gekürzten Hamming Codes geschützt Automatic Request Scheme (ARQ) Automatic Request Scheme (ARQ) Paket das mit CRC versehn ist wird wiederholt bis es bestätigt wird

36 Bluetooth Audio Übertragung von Sprache schwierig weil synchron sein muß und nicht wiederholt werden kann Übertragung von Sprache schwierig weil synchron sein muß und nicht wiederholt werden kann Pulse Code Modulation Pulse Code Modulation Continous Variable Slope Delta Modulation – besser geeignet bei vielen Interferenzen Continous Variable Slope Delta Modulation – besser geeignet bei vielen Interferenzen

37

38 Ausblick Bluetooth 2.0 Bluetooth 2.0 EDR bis 2,2 Mbit/s EDR bis 2,2 Mbit/s Im Moment ist Bluetooth sehr erfolgreich Im Moment ist Bluetooth sehr erfolgreich UWB 480Mbit/s (2 m) 110Mbit/s (10 m) UWB 480Mbit/s (2 m) 110Mbit/s (10 m) Ist Bluetooth also bislang ein weltweiter Erfolg? Ja, wirklich. Wird das auch in einem Jahr noch so sein? Schwer zu sagen. In zwei Jahren? Unwahrscheinlich. Konsumeletronik ist manchmal ein wirklich schmutziges geschäft. Ist Bluetooth also bislang ein weltweiter Erfolg? Ja, wirklich. Wird das auch in einem Jahr noch so sein? Schwer zu sagen. In zwei Jahren? Unwahrscheinlich. Konsumeletronik ist manchmal ein wirklich schmutziges geschäft.

39 Ende

40 Quellen reports.com/wireless/bluetooth/ reports.com/wireless/bluetooth/ reports.com/wireless/bluetooth/ reports.com/wireless/bluetooth/ orial.asp orial.asp orial.asp orial.asp https://www.bluetooth.org/spec/ https://www.bluetooth.org/spec/ https://www.bluetooth.org/spec/


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