Bluetooth

Bluetooth
von
Thomas Hennig
Inhalt
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Herkunft
Funktion
Piconetz/Scatternetz
Bluetooth Protocol Stack
Verbindungstypen
Pakettypen
Fehlerkorrektur
Ausblick
Herkunft
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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
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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
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Sendeleistung der Geräte:
Klasse 1
100mW
100m
Klasse 2
2,5mW
50m
Klasse 3
1mW
10m
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
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Netzwerkstruktur aus bis zu 8 Geräten
1 Master
7 Slaves
255 Inaktive Slaves
Piconetz
 Master
 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
 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
 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
 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
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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
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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
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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.tutorialreports.com/wireless/bluetooth/
 http://www.palowireless.com/infotooth/tut
orial.asp
 http://www.heise.de/mobil/bluetooth/
 https://www.bluetooth.org/spec/