Bluetooth von Thomas Hennig

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

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

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

IEEE 802.15.1 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 802.15.1 adaptiert worden

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

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

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

Funktion Sendeleistung der Geräte: Klasse 1 100mW 100m

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

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

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

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

Piconetz Hauptzustände Standby 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

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

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

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

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

Piconetz Zustände

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

Scatternetz

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

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

Bluetooth Protocol Stack

Bluetooth Protocol Stack Bluetooth Core Protocols und Bluetooth Radio werden von jeden Gerät benutzt 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ausblick Bluetooth 2.0 EDR bis 2,2 Mbit/s Im Moment ist Bluetooth sehr erfolgreich 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.

Ende

Quellen http://de.wikipedia.org/wiki/Bluetooth http://www.tutorial-reports.com/wireless/bluetooth/ http://www.palowireless.com/infotooth/tutorial.asp http://www.heise.de/mobil/bluetooth/ https://www.bluetooth.org/spec/