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