Bluetooth
Bluetooth ist ein Industriestandard für die drahtlose Vernetzung von Geräten mit geringer Reichweite. Bluetooth bietet eine drahtlose Schnittstelle, über die sowohl mobile Kleingeräte wie Mobiltelefone und PDAss als auch Computer und Peripheriegeräte miteinander kommunizieren können. Ein solches Netzwerk wird auch als Wireless Personal Area Network (WPAN) bezeichnet. Für besonders kurze Reichweiten wurde NFC entwickelt.Siehe auch: Toothing.
Table of contents |
2 Bluetooth-Modul 3 Funktionsweise 4 Systemarchitektur 5 Bluetooth-Basisband 6 Verbindungsaufbau 7 Siehe auch 8 Weblinks |
Die Entwicklung von Bluetooth begann bei Ericsson 1994, als man nach einer Möglichkeit suchte, die Kabel zwischen Mobiltelefonen und Zusatzgeräten zu ersetzen. Zusammen mit anderen Industriepartnern gründete man 1998 die Bluetooth SIG, um Bluetooth als de-facto-Standard zu etablieren. Um dies zu erreichen, setzte man sich das Ziel, einen Transceiver zu spezifizieren mit geringen Herstellungskosten, flexiblen Einsatzmöglichkeiten, niedrigem Energieverbrauch, Robustheit gegenüber Störungen und der Fähigkeit, Daten für multimediale Anwendungen zu übertragen. Der Bluetooth-Standard ist inzwischen von der Arbeitsgruppe der IEEE für WPANs adaptiert worden (IEEE 802.15).
Der Name Bluetooth stammt vom dänischen König Harald Blåtand (der Nachname bedeutet soviel wie Blauzahn), dem es im Mittelalter als erstem gelang, große Bereiche Skandinaviens (Teile von Dänemark, Schweden und Norwegen) unter seiner Herrschaft zu vereinen. So wie Harald Blåtand die Skandinavier einte, soll Bluetooth die Landschaft der Kommunikation elektrischer Kleingeräte einen.
Ein Ziel der Bluetooth-Entwickler ist es die verschiedensten Geräte ohne Konfiguration durch den Benutzer miteinander kommunizieren zu lassen. Dies geschieht durch so genannte Profile.
Einen ähnlichen Ansatz kann man bei Appless Rendezvous finden (hier ist es jedoch die herkömmliche Netzwerkstruktur).
Die Basis eines Bluetooth-Systems ist ein Mikrochip, das Bluetooth-Modul. Es benötigt wenig Energie, bietet integrierte Sicherheitsmechanismen und ist günstig herzustellen. Somit kann es in einer breiten Palette von elektronischen Geräten eingesetzt werden. Prinzipiell besteht ein Bluetooth-Modul aus einem HF-Teil und einem Basisband-Controller, der die Schnittstelle zum Hostsystem, z. B. dem PC, Laptop oder Handy darstellt. In der Norm sind drei Sendeleistungsklassen mit 10 mW (0 dBm), 2,4 mW (4 dBm) und 100 mW (20 dBm) definiert, die Reichweiten von 10 m bis 100 m zulassen. Die Stromaufnahme ist gering, liegt im Stand-by-Betrieb bei 0,3 mA und erreicht maximal 300 mA. Die Empfangsteile besitzen eine Empfindlichkeit von bis zu -70 dBm und arbeiten mit einer Zwischenfrequenz von 1 MHz.
Bluetooth-Geräte senden im lizenzfreien ISM-Band (von Industrial-, Scientific-, Medical-Band) zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz. Sie dürfen weltweit zulassungsfrei betrieben werden, müssen aber mit Störungen durch andere Geräte (Schnurlostelefone, Garagentoröffner oder Mikrowellenherde) rechnen, die im gleichen Frequenzband arbeiten. Um Robustheit gegenüber Störungen zu erreichen, wird ein Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping) eingesetzt, bei dem das Frequenzband in 79 Frequenzstufen im 1 MHz-Abstand eingeteilt wird, die 1600 Mal in der Sekunde gewechselt werden. Am unteren und oberen Ende gibt es jeweils ein Frequenzband als Sicherheitsband (Guard Band) zu benachbarten Frequenzbereichen. Theoretisch kann eine Datenübertragungsrate von 732,2 kbps beim Herunterladen bei gleichzeitigen 57,6 kbps beim Heraufladen erreicht werden. Mit der Version 1.2 - auch EDR (Enhanced Data Rate) genannt - können Daten etwa drei mal so schnell übertragen werden, also mit rund 2.2 Mbit. Ein Bluetooth-Gerät kann gleichzeitig bis zu sieben Verbindungen aufrechterhalten, wobei sich diese Geräte die verfügbare Bandbreite teilen müssen.
Bluetooth unterstützt die Übertragung von Sprache und Daten. Eine Verschlüsselung der transportierten Daten ist ebenfalls möglich.
Ein Bluetooth-Netzwerk (Piconet) kann bis zu 256 Teilnehmer umfassen, wovon 7 Geräte gleichzeitig aktiv sein können. Es besteht aus einem Master und bis zu 7 weiteren Teilnehmern (Slave). Der Master steuert die Kommunikation und vergibt Sendeslots an die Slaves. Ein Bluetooth-Gerät kann in 2 Piconetzen angemeldet sein, allerdings nur in einem Netz als Master. Bis zu zehn Piconetze bilden ein Scatternet (von to scatter = ausstreuen), wobei die Teilnehmer untereinander in Kontakt treten können. Hierbei wird jedes Piconet durch eine unterschiedliche Frequency-Hopping-Folge identifiziert.
Es werden zwei unterschiedliche physikalische Datenkanäle zur Verfügung gestellt. Einmal bis zu drei Datenkanäle z. B. für Sprache mit einer festen Datenrate von 64 kbit/s, also mit definierter Bandbreite wie bei ISDN. Dieses Verfahren heißt leitungsvermittelte oder synchrone Verbindung. Die andere Übertragungsform ist die Paketvermittlung oder asynchrone Verbindung, die ein speicherndes Verhalten des Übertragungsgerätes voraussetzt, wie bei der Internet-Technik. Das Bluetooth-Protokoll unterstützt einen asymmetrischen Datenkanal mit Datenraten von maximal 732,2 kbit/s in eine Richtung und 57,6 kbit/s in die Gegenrichtung, oder eine symmetrische Datenverbindung mit 433,9 kbit/s in beide Richtungen.
Werden gerade keine synchronen Datenpakete versandt, kann Bluetooth die asynchrone Übertragung anbieten. Hierüber werden alle Dienste, sowohl das Versenden von Nutzdatenpaketen, als auch die Übermittlung von Steuerinformationen, zwischen zwei Bluetooth-Stationen abgewickelt.
Bluetooth-Datenpakete bestehen aus einem 72-bit-Zugriffscode, einem 54-bit-Header sowie einem variablen Nutzdatenfeld von 0 bit bis 2745 bit Länge.
Sobald Bluetooth-Geräte in Betrieb gesetzt werden, identifizieren sich die einzelnen Bluetooth-Controller innerhalb von 2 s über eine individuelle und unverwechselbare 48 bit lange Seriennummer. Im Standby-Modus lauschen unverbundene Geräte in Abständen von 1,28 s nach Nachrichten und kontrollieren dabei 32 Hop-Frequenzen. Eine Verbindung kann von einem beliebigen Gerät ausgehen, das sich dadurch zum Master erhebt. Der Kontakt zu den Slaves wird durch eine Inquiry-Nachricht (von inquiry (engl.) = Erkundigung) und danach durch eine Page-Message (von to page (engl.) = (per Lautsprecher) ausrufen, message (engl.) = Nachricht) hergestellt, falls die Hardware-Adresse der Geräte unbekannt ist. Bei bekannter Adresse fällt der erste Schritt weg. Im Page-Zustand sendet der Master 16 identische Page-Telegramme auf 16 unterschiedlichen Hopping-Frequenzen, die für die Slaves bestimmt sind. Danach befinden sich die Stationen im Status "Verbunden". Durchschnittlich wird eine Verbindungsaufnahme innerhalb von 0,6 s erreicht.
Wenn keine Daten zu übertragen sind, kann der Master in einem Piconet seine Slave-Einheiten in einen Hold-Modus zur Stromersparnis versetzen. Weitere Low-Power-Zustände, die vor allem für Portable-Anwendungen wie Mobiltelefone geeignet sind, sind der SNIFF- und PARK-Modus. Im SNIFF-Modus (von to sniff (engl.) = schnüffeln) arbeitet ein Slave in einem reduzierten Zyklus, während im PARK-Modus ein Gerät weiterhin synchronisiert bleibt, aber nicht am Verkehr teilnimmt.
Geschichte
Bluetooth-Modul
Funktionsweise
Systemarchitektur
Bluetooth-Basisband
Verbindungsaufbau
Siehe auch
Weblinks