Jan Böschow, Michael Golze1. 2 1.Einleitung 2.Geschichte der Bluetooth-Technologie 3.Technische Grundlagen 4.Bluetooth- Architektur Hardware + Software

Jan Böschow, Michael Golze 1


1. Einleitung2. Geschichte der Bluetooth-Technologie3. Technische Grundlagen4. Bluetooth- Architektur

• Hardware + Software5. Kommunikation6. Anwendungsbeispiele7. Bluetooth vs. IRDA8. Zukunftsaussichten9. Fazit10. Quellen

Inhalt


Überblick

• Bluetooth: einfache, kostengünstige Möglichkeit, Geräte kabellos zu verbinden

• Sprach-/Datenübertragung ad hoc (ohne Infrastruktur) mit bis zu 100 m Reichweite möglich

• Unzählige Anwendungsmöglichkeiten

• Kostengünstige Integration von Bluetooth-Funktionen

• International einheitlicher Standard


Geschichte

• Forschung begann durch Ericsson, Projekt benannt nach dänischem König Gormsen „Blauzahn“

• 1998 Gründung der BT-SIG (Special Interest Group)mit Ericsson, Nokia, Toshiba, Intel, IBM

• 1999 Spezifikation v1.0(a), Standardisierung durch IEEE zu 802.15

• Aktuell ca. 2500 Mitglieder in SIG, Spezifikation v1.1


Technische Grundlagen I

• Nutzung des lizenzfreien 2,4-GHz-ISM-Bandes mit 79 Kanälen

• Kanäle wiederum in 625µs aufgeteilt (sog. Slots)

• Ständiger Kanalwechsel (Frequency Hops) der Geräte (bis zu 1600 mal je Sekunde)

• Dadurch minimale Abhörsicherheit, aber hohe Störungsunanfälligkeit

• Ermittlung der Hopping-Sequenz durch Pseudozufalls-zahlengenerator und 48-Bit-Gerätekennung


Technische Grundlagen II

• Organisation von bis zu 8 Geräten in Pico-Nets und ...

• ... bis zu 10 Pico-Nets in Scatter-Nets

• Erstes Gerät (Master) im Pico-Net gibt Hopping-Sequenz vor, ...

• ... Synchronisation anderer Geräte (Slaves) auf Sequenz erforderlich (Anpassung der Slave-Uhr an Master-Uhr)

• Problem: geringer Datendurchsatz bei vollen Pico-Nets


Technische Grundlagen III

• Verschiedene Übertragungsarten

– Asynchron - symmetrisch und asymmetrisch

– Synchron

• Asynchron für Datenübertragung

– Symmetrisch: bis zu 7 Kanäle, max. 432,6 kBit/s

– Asymmetrisch: bis zu 7 Kanäle, max. 721/57,6 kBit/s

• Synchron (leistungsbasiert) für Sprachübertragung

– Bis zu 3 Kanäle, 64 kBit/s


Technische Grundlagen IV

• Energiesparend durch verschiedene Stromspar-mechanismen

– Power Control zur Kontrolle der Sendeleistung

– Park-, Sniff-, Hold-Modi

• Sicherheit durch verschiedene Verfahren

– Authentication: Ermittlung anderer Geräte

– Authorization: Zugriffsberechtigungen

– Encryption: Verschlüsselung mit bis zu 128 Bit


Architektur – Hardware I

• Grundsetzlicher Aufbau von BT-Modulen

– HF-/Radio-Teil

– Basisband-/Baseband-Controller

Baseband-Controller

2,4GHz - HF-Teil

Host-System


Architektur – Hardware II

• Aufgaben des Baseband

– Verwaltung von physikalischen und logischen Verbindungen (Adressverwaltung)

– Hopping-Algorithmus, Fehlerkorrekturen

– Datenübertragung (Senden/Empfangen, (Ent-)Packen)

– Durchführung von Sprach-/Audiokommunikation

– Datensicherheit, Identifikation, Verschlüsselung

• RF-Teil

– 1mW (Klasse 3) bis 100mW (Klasse 1) Sendeleistung


Architektur – Software I

• Integration der Funktionen aus Sicht des Anwenders

• Minimale Leistungen für verschiedene Anwendungs-bereiche werden geboten, ...

• ... als Profile bezeichnet

• Profile sind z.B. Audio-/Video-Übertragung, Dial-Up-Networking, Fax-Funktionen, u.a.

• In Profilen wird Art der Verbindunsaufnahme, Datenübertragung usw. festgelegt


Architektur – Software II

OS-Abstraction-LayerTCP/IPPPP

L2CAP, SDP, GAP, SDAP, Security, Management Entity, ...

HCRP BNEP TCS BinaryRFCOMM

PAN OBEX

GOEP

SPP

OP FT Sync BPP BIP

LAN DUN FAX

HS HF CT INT

Hardware Abstraction Layer


Architektur – Software III

• Blau markierte Bereiche bieten Schnittstellen und Protokolle für Profile z.B.:

– HCI – Host Controller Interface Treiber (für USB, ...)

– RFCOMM – Emulation einer seriellen Schnittstelle

– OBEX – Object Exchange (Dateitransfer)

– TCS Binary – Telephony Control & Signaling

– SDV – Service Discovery Protokoll

– Mgmt. Entity – Connection Device Discovery, ...

– ...


Architektur – Software IV

• Grün markierte Bereiche stellen Anwendungsprofile dar, z.B.:

– PAN – Personal Area Network Profile

– FT – File Transfer

– BPP – Basic Printing Profile

– LAN – LAN Access Profile

– DUN – Dial-Up Network Profile

– CT – Cordless Telephony Profile

– ...


Kommunikation


Kommunikation - Piconetz I

• Verbindungsaufbau im Standby-Modus

• Abfrage von 32 Kanälen alle 1,28 s (Ländereinschränkung)

• Verbindungsaufbau von jedem Endgerät Master

• Initialisierung:

• Page-Nachricht, wenn Adresse bekannt

• Inquiry-Nachricht + Inquire-Response(FHS-Paket)+ Page Anforderung, wenn Slave nicht bekannt (Methode benötigt extra Zyklus)

• Bildung eines Pico-Netzes


Kommunikation - Piconetz II

• Stromsparmodi

• Hold

• Master setzt Slave im Hold-Modus (Slave kann auch Master anfragen

• Keine Datenübertraung

• Gerät bleibt im Pico- Netz integriert

• Sniff

• Gerät „lauscht“ in programmierbaren Abständen in das Netz.


Kommunikation - Piconetz III

• Stromsparmodi

• Park

• Geräte lassen sich im Netz parken.

• Gerät verliert seine MAC-Adresse (Media Access Control) im Netz

• Netzverkehr wird mitverfolgt und Frequenzsynchronisierung mit Master

• hohe Reaktionszeit erforderlich für Rückkehr


Kommunikation - Piconetz IV


Bluetooth vs. IrDA


Anwendungsbeispiel I

• Mobiltelefone

• Bluetooth Geldbörse

• Schuhsohlen

• Digitalkameras

• Notebooks/Computer

• Festplatten (extern)

• Universalfernbedienung

• GPS Antennen

• …


Anwendungsbeispiel II


Zukunftsaussichten

• November 2003: Bluetooth- SIG veröffentlicht den Standard 1.2

• Datenrate bleibt unverändert, verbessert werden aber Verbindungsaufbau, Störsicherheit und Sprachübertragung (AFH ist die Lösung)

• Höhere Geschwindigkeit bekommt Bluetooth erst Ende Jahres 2004, wenn der Standard 2.0 herauskommt. Unter den Namen „Medium Rate“ und „High Rate“ plant Bluetooth-SIG Datenübertragungsraten von bis zu 3 beziehungsweise maximal 12 MBit/s.


Fazit

• Viel versprechende Technik, mit Zukunftsplanung

• Keine Sichtverbindung nötig < -- > transparente Datenübertragung im Hintergrund

• Bessere Verschlüsselungsmethoden als IEEE 802.11

• Preiswerte Chips, niedriger Energieverbrauch und breite Unterstützung der Hersteller

• Unbegrenzte Anwendungsmöglichkeiten Profile

• Erste Geräte verfügbar


Quellen

• „Bluetooth White Paper“, ARS Software GmbH, www.ars2000.com

• „Bluetooth – Gefährdungen und Sicherheitsmaßnahmen“, BSI, www.bsi.de

• „Bluetooth – Privatfunk“, Heise Verlag, www.heise.de/mobil/artikel/2003/02/26/privatfunk/default.shtml

• „Bluetooth-Technologie“, RFI, www.rfi.de

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