BluetoothBluetooth

vonvon

Thomas Hennig Thomas Hennig

InhaltInhalt

HerkunftHerkunft FunktionFunktion Piconetz/ScatternetzPiconetz/Scatternetz Bluetooth Protocol StackBluetooth Protocol Stack VerbindungstypenVerbindungstypen PakettypenPakettypen FehlerkorrekturFehlerkorrektur AusblickAusblick

HerkunftHerkunft

Dänischer König Harald BlåtandDänischer König Harald Blåtand Nachname bedeutet BlauzahnNachname bedeutet Blauzahn Hat große Teile Skandinaviens vereintHat große Teile Skandinaviens vereint Bluetooth soll Kommunikation Bluetooth soll Kommunikation

elektronischer Kleingeräte einenelektronischer Kleingeräte einen Skandinavische Runen der Initialen von Skandinavische Runen der Initialen von

Harald Blauzahn sind Ursprung für LogoHarald Blauzahn sind Ursprung für Logo

Bluetooth SIGBluetooth SIG

1994 Suche bei Ericsson nach Ersatz für 1994 Suche bei Ericsson nach Ersatz für Kabel zwischen Mobiltelefon und Kabel zwischen Mobiltelefon und ZusatzgerätenZusatzgeräten

1998 Gründung der Bluetooth SIG um 1998 Gründung der Bluetooth SIG um Bluetooth als de-facto-Standart Bluetooth als de-facto-Standart etablierenetablieren

Mittlerweile über 2000 Mittlerweile über 2000 MitgliedsunternehmenMitgliedsunternehmen

IEEE 802.15.1IEEE 802.15.1

Ziele: geringe Kosten, flexible Ziele: geringe Kosten, flexible Einsatzmöglichkeiten, geringer Einsatzmöglichkeiten, geringer Energieverbrauch, Energieverbrauch, Störungsunempfindlichkeit und Daten für Störungsunempfindlichkeit und Daten für Multimediale Anwendungen übertragenMultimediale Anwendungen übertragen

Inzwischen ist der Bluetooth- Standart Inzwischen ist der Bluetooth- Standart von IEEE Arbeitsgruppe für WPANs als von IEEE Arbeitsgruppe für WPANs als IEEE 802.15.1 adaptiert wordenIEEE 802.15.1 adaptiert worden

FunktionFunktion

2,4 Ghz ISM Band (lizenzfrei)2,4 Ghz ISM Band (lizenzfrei) Wlan, schnurlose Telefone, MikrowellenWlan, schnurlose Telefone, Mikrowellen 79 Kanäle79 Kanäle 1 Mhz Abstand1 Mhz Abstand 2,402 – 2,480 2,402 – 2,480 Sicherheitsband am RandSicherheitsband am Rand

FunktionFunktion

Frequenz Hopping um unempfindlich Frequenz Hopping um unempfindlich gegen Störungen zu sein gegen Störungen zu sein

1600 mal je Sekunde1600 mal je Sekunde Je nach Übertragungsart sind bis zu 1 Je nach Übertragungsart sind bis zu 1

Mbit/s möglichMbit/s möglich

FunktionFunktion

Übertragung von Daten und SpracheÜbertragung von Daten und Sprache Fehlerkorrektur nur bei DatenFehlerkorrektur nur bei Daten Kommunikation über vordefinierte Profile Kommunikation über vordefinierte Profile

z.B. FT, Headset, CTP, GAP …z.B. FT, Headset, CTP, GAP … Vollduplex über ZeitmultiplexVollduplex über Zeitmultiplex SCO / ACLSCO / ACL

FunktionFunktion

Sendeleistung der Geräte:Sendeleistung der Geräte: Klasse 1Klasse 1 100mW100mW 100m100m Klasse 2 Klasse 2 2,5mW2,5mW 50m50m Klasse 3Klasse 3 1mW1mW 10m10m

FunktionFunktion

Bluetooth Geräte bilden immer ein Bluetooth Geräte bilden immer ein Ad-Hoc-Netzwerk wenn sie sich Ad-Hoc-Netzwerk wenn sie sich verbindenverbinden

Piconetz mit max. 8 aktiven Teilnehmern Piconetz mit max. 8 aktiven Teilnehmern und bis zu 255 inaktivenund bis zu 255 inaktiven

Scatternetz aus mehreren PiconetzenScatternetz aus mehreren Piconetzen Kollision?Kollision?

PiconetzPiconetz

Netzwerkstruktur aus bis zu 8 GerätenNetzwerkstruktur aus bis zu 8 Geräten 1 Master1 Master 7 Slaves7 Slaves 255 Inaktive Slaves255 Inaktive Slaves

PiconetzPiconetz

MasterMaster Gerät das die Verbindung aufbaut wird zum Gerät das die Verbindung aufbaut wird zum

MasterMaster Alle Slaves synchronisieren sich am Master Alle Slaves synchronisieren sich am Master

(eigener Timer + Offset)(eigener Timer + Offset) Gibt die Frequenzwechsel im Piconetz vorGibt die Frequenzwechsel im Piconetz vor

SlavesSlaves Nehmen verschieden Zustände einNehmen verschieden Zustände ein

PiconetzPiconetz

Nur der Master kann mit Slaves Daten Nur der Master kann mit Slaves Daten austauschen austauschen

Damit Slave zu anderen Netzteilnehmern Damit Slave zu anderen Netzteilnehmern senden kann muß er mit Master Rolle senden kann muß er mit Master Rolle tauschentauschen

Standartzustand von Slave ist StandbyStandartzustand von Slave ist Standby Jedes Gerät hat 48bit SeriennummerJedes Gerät hat 48bit Seriennummer

Piconetz HauptzuständePiconetz Hauptzustände

StandbyStandby kann nur vom Master mittels Inquiry- oder kann nur vom Master mittels Inquiry- oder

Page-Scans aufgeweckt werdenPage-Scans aufgeweckt werden der Slave scannt dabei alle 1,28 Sekunden der Slave scannt dabei alle 1,28 Sekunden

32 reservierte Frequenzen nach 32 reservierte Frequenzen nach eingehenden Nachrichten aus dem eigenen eingehenden Nachrichten aus dem eigenen PiconetzPiconetz

Piconetz HauptzuständePiconetz Hauptzustände

ConnectionConnection 2 Geräte sind miteinander verbunden und 2 Geräte sind miteinander verbunden und

können Daten austauschenkönnen Daten austauschen nur aus diesem Zustand können Geräte in nur aus diesem Zustand können Geräte in

einen der Stromsparzustände geheneinen der Stromsparzustände gehen

Piconetz ZuständePiconetz Zustände

Active Active Slave wartet auf Pakete vom Master um Slave wartet auf Pakete vom Master um

dann selbst senden zu könnendann selbst senden zu können

Sniff Sniff Slave wartet nicht auf Pakete kann aber Slave wartet nicht auf Pakete kann aber

über seine Adresse angesprochen werden über seine Adresse angesprochen werden Geringerer StromverbrauchGeringerer Stromverbrauch

Piconetz ZuständePiconetz Zustände

HoldHold Gerät stellt seine Übertragungen für eine Gerät stellt seine Übertragungen für eine

durch den Master definierte Zeit eindurch den Master definierte Zeit ein Slave kann diesen Zustand selbst erfragenSlave kann diesen Zustand selbst erfragen

ParkPark Nicht mehr aktiv am Piconetz beteiligtNicht mehr aktiv am Piconetz beteiligt Hält Synchronisation mit Master aufrechtHält Synchronisation mit Master aufrecht

Piconetz ZuständePiconetz Zustände

InquiryInquiry Wird bei unbekannten Adressen gesendet Wird bei unbekannten Adressen gesendet

um Gerät zu identifizieren um Gerät zu identifizieren PagePage

Wenn Gerät bereits bekannt istWenn Gerät bereits bekannt ist Master sendet Page Nachricht auf 16 Master sendet Page Nachricht auf 16

reservierten Frequenzenreservierten Frequenzen Gerät antwortet nach spätestens 2,56 Gerät antwortet nach spätestens 2,56

SekundenSekunden

Piconetz ZuständePiconetz Zustände

ScatternetzScatternetz

Piconetze können zu einen Scatternetz Piconetze können zu einen Scatternetz verbunden werdenverbunden werden

Verbindung erfolgt durch ein Verbindung erfolgt durch ein gemeinsames Gerät, welches Master gemeinsames Gerät, welches Master oder Slave sein kannoder Slave sein kann

Wenn Master dann nur in einen Netz Wenn Master dann nur in einen Netz

ScatternetzScatternetz

Bluetooth Protokoll StackBluetooth Protokoll Stack

Regelt Kommunikation zwischen GerätenRegelt Kommunikation zwischen Geräten Dient zum auffinden von Geräten und Dient zum auffinden von Geräten und

deren angebotenen Servicesderen angebotenen Services Es wurde versucht möglichst viele Es wurde versucht möglichst viele

existierende Protokolle zu integrierenexistierende Protokolle zu integrieren 4 verschiedene Gruppen4 verschiedene Gruppen

Bluetooth Protokoll StackBluetooth Protokoll Stack

Bluetooth Core ProtocolsBluetooth Core Protocols Baseband, LMP, L2CAP, SDPBaseband, LMP, L2CAP, SDP

Cable Replacement ProtocolsCable Replacement Protocols RFCOMMRFCOMM

Telephony Control ProtocolsTelephony Control Protocols TCS-Binary, AT-CommandsTCS-Binary, AT-Commands

Adopted ProtocolsAdopted Protocols PPP, UDP, TCP, IP, WAP, OBEXPPP, UDP, TCP, IP, WAP, OBEX

Bluetooth Protocol StackBluetooth Protocol Stack

Bluetooth Protocol StackBluetooth Protocol Stack

Bluetooth Core Protocols und Bluetooth Radio Bluetooth Core Protocols und Bluetooth Radio werden von jeden Gerät benutztwerden von jeden Gerät benutzt

Rest wird benutzt wenn nötig und stellt Rest wird benutzt wenn nötig und stellt Schnittstelle zu den Core Protocols darSchnittstelle zu den Core Protocols dar

Die Protokolle der höheren Schichten wurden Die Protokolle der höheren Schichten wurden möglichst ohne Änderungen übernommen möglichst ohne Änderungen übernommen damit Anwendungen ohne Aufwand auch mit damit Anwendungen ohne Aufwand auch mit Bluetooth betrieben werden könneBluetooth betrieben werden könne

Bluetooth RadioBluetooth Radio

Schnittstelle die Verbindung über Schnittstelle die Verbindung über Funkwellen beschreibtFunkwellen beschreibt

Frequenzwechsel mit 1600 Hopps/secFrequenzwechsel mit 1600 Hopps/sec Timeslots zu je 0,625 msTimeslots zu je 0,625 ms 1 Paket je Timeslot1 Paket je Timeslot

VerbindungstypenVerbindungstypen

Synchronous Connection OrientedSynchronous Connection Oriented Point to Point mit einen SlavePoint to Point mit einen Slave Für zeitkritische Übertragungen wie Sprache Für zeitkritische Übertragungen wie Sprache

weil keine Fehlerkorrektur möglichweil keine Fehlerkorrektur möglich Master reserviert Timeslots (Bandbreite) für Master reserviert Timeslots (Bandbreite) für

die Übertragungdie Übertragung

VerbindungstypenVerbindungstypen

Assynchronous Connection LessAssynchronous Connection Less Point to Multi-Point (Verbindung mit Point to Multi-Point (Verbindung mit

mehreren Slaves)mehreren Slaves) Verwendet restliche nicht für SCO Verwendet restliche nicht für SCO

reservierte Timeslotsreservierte Timeslots Bei Paketverlust kann wiederholt gesendet Bei Paketverlust kann wiederholt gesendet

werden werden

BasebandBaseband

Link Controller über dem Bluetooth RadioLink Controller über dem Bluetooth Radio Steuerung der physikalischen Steuerung der physikalischen

FunkverbindungFunkverbindung Encoding und Decoding der DatenpaketeEncoding und Decoding der Datenpakete Festlegen der Hopp SequenzFestlegen der Hopp Sequenz FehlerkorrekturFehlerkorrektur Verwaltung der logischen VerbindungenVerwaltung der logischen Verbindungen Authentisierung, Autorisation, Authentisierung, Autorisation,

VerschlüsselungVerschlüsselung

PakettypenPakettypen

13 Pakete für Baseband Layer13 Pakete für Baseband Layer Höhere Schichten nutzen diese um Höhere Schichten nutzen diese um

eigene PDUs zu baueneigene PDUs zu bauen Access Code:Access Code:

CAC, DAC, IACCAC, DAC, IAC

PakettypenPakettypen

SCO und ACL Pakete:SCO und ACL Pakete: ID Paket - Antwort für Response, Inquiry, PageID Paket - Antwort für Response, Inquiry, Page Null - Übermittelt Information zum Status der Null - Übermittelt Information zum Status der

Verbindung (keine Empfangsbestätigung)Verbindung (keine Empfangsbestätigung) Poll – Wie Null nur mit Empfangsbestätigung Slave Poll – Wie Null nur mit Empfangsbestätigung Slave

muß darauf Antwortenmuß darauf Antworten FHS – enthält Verbindungsdaten und wird zur FHS – enthält Verbindungsdaten und wird zur

Synchronisation genutztSynchronisation genutzt DM1 – Enthält nur SteuerinformationenDM1 – Enthält nur Steuerinformationen

PakettypenPakettypen

SCO PaketeSCO Pakete Größe fest auf 240 bitGröße fest auf 240 bit HV1 – 1,25ms Audio (64kBit/s)HV1 – 1,25ms Audio (64kBit/s) HV2 – 2,5ms AudioHV2 – 2,5ms Audio HV3 – 3,75ms AudioHV3 – 3,75ms Audio DV – Audio und Daten (Datenteil kann DV – Audio und Daten (Datenteil kann

erneut gesendet werden)erneut gesendet werden)

PakettypenPakettypen

ACL PaketeACL Pakete DM1 18 Byte Payload 16 Bit CRCDM1 18 Byte Payload 16 Bit CRC AUX1 20 Byte PayloadAUX1 20 Byte Payload DH1 28 Byte FECDH1 28 Byte FEC DM3 123 Byte FECDM3 123 Byte FEC DH3 185 Byte kein FECDH3 185 Byte kein FEC DM5 226 Byte FECDM5 226 Byte FEC DH5 341 Byte kein FECDH5 341 Byte kein FEC

FehlerkorrekturFehlerkorrektur

FEC Forward Error CorrectionFEC Forward Error Correction Maßnahme gegen Fehler weil Maßnahme gegen Fehler weil

Funkverbindungen recht anfällig sindFunkverbindungen recht anfällig sind Pakete müssen aber nicht geschützt Pakete müssen aber nicht geschützt

werdenwerden

FehlerkorrekturFehlerkorrektur

1/3 FEC – jedes Bit wird 3 mal gesendet1/3 FEC – jedes Bit wird 3 mal gesendet 2/3 FEC – Information wird mittel 2/3 FEC – Information wird mittel

gekürzten Hamming Codes geschütztgekürzten Hamming Codes geschützt Automatic Request Scheme (ARQ)Automatic Request Scheme (ARQ)

Paket das mit CRC versehn ist wird Paket das mit CRC versehn ist wird wiederholt bis es bestätigt wirdwiederholt bis es bestätigt wird

Bluetooth AudioBluetooth Audio

Übertragung von Sprache schwierig weil Übertragung von Sprache schwierig weil synchron sein muß und nicht wiederholt synchron sein muß und nicht wiederholt werden kannwerden kann

Pulse Code ModulationPulse Code Modulation Continous Variable Slope Delta Continous Variable Slope Delta

Modulation – besser geeignet bei vielen Modulation – besser geeignet bei vielen Interferenzen Interferenzen

AusblickAusblick

Bluetooth 2.0Bluetooth 2.0 EDR bis 2,2 Mbit/s EDR bis 2,2 Mbit/s Im Moment ist Bluetooth sehr erfolgreichIm 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? Ist Bluetooth also bislang ein weltweiter Erfolg?

Ja, wirklich. Wird das auch in einem Jahr noch Ja, wirklich. Wird das auch in einem Jahr noch so sein? Schwer zu sagen. In zwei Jahren? so sein? Schwer zu sagen. In zwei Jahren? Unwahrscheinlich. Konsumeletronik ist Unwahrscheinlich. Konsumeletronik ist manchmal ein wirklich schmutziges geschäft. manchmal ein wirklich schmutziges geschäft.

EndeEnde

QuellenQuellen

http://de.wikipedia.org/wiki/Bluetoothhttp://de.wikipedia.org/wiki/Bluetooth http://www.tutorial-reports.com/wireless/bhttp://www.tutorial-reports.com/wireless/b

luetooth/luetooth/ http://www.palowireless.com/infotooth/tuthttp://www.palowireless.com/infotooth/tut

orial.asporial.asp http://www.heise.de/mobil/bluetooth/http://www.heise.de/mobil/bluetooth/ https://www.bluetooth.org/spec/https://www.bluetooth.org/spec/