Folie 1

Mobile Systeme und drahtlose Netzwerke Vorlesung III

Folie 2

Gliederung

Folie 3

Ziele der Vorlesung Einfhrung in die Bluetooth-Details

Folie 4

Bluetooth Konsortium: Ericsson, Intel, IBM, Nokia, Toshiba - viele Mitglieder Anwendungen Anbindung von Peripheriegerten (Cable Replacement) Lautsprecher, Joystick, Kopfhrer Untersttzung von ad-hoc-Netzwerken (Personal Ad-hoc Network) kleine, billige Gerte Verbindung von Netzwerken e.g., GSM ber Handy - Bluetooth Laptop bertragung von Sprache und Daten (Voice-Data) Einfacher, billiger Ersatz fr IrDA, eingeschrnkte Reichweite, niedrige Datenraten 2.4 GHz, FHSS, TDD, CDMA

Folie 5

Bluetooth-Eigenschaften

Folie 6

Modules Software RF Baseband Audio Link Manager LMP L2CAP TCP/IPHIDRFCOMM Applications Data Control Bluetooth- Architektur

Folie 7

RF Baseband Audio Link Manager LMP L2CAP TCP/IPHIDRFCOMM Applications Data Control Application Framework and Support Link Manager and L2CAP Radio and Baseband Host Controller Interface Bluetooth- Architektur

Folie 8

Basisband Protokoll Frequenzsprung-Verfahren Spread spectrum frequency hopping 79/23 one MHz channels Hops every packet Packets are 1, 3, or 5 slots long Frame consists of two packets Transmit followed by receive Nominally hops at 1600 times a second (1 slot packets)

Folie 9

Bluetooth Bitbertragungsschicht Basisband - Protokoll 2,4 GHz ISM-Band Kombiniertes Frequenzsprungverfahren mit 1600 Sprngen pro Sekunde FHSS 79 Trgerfrequenzen (USA, Europa) 23 Trgerfrequenzen (Frankreich, Spanien, Japan) Modulationsverfahren GFSK 625s 80Mhz Bandbreite f t

Folie 10

Basic Baseband Protocol Spread spectrum frequency hopping radio (FHSS) 79/23 1-MHz Kanle Springt mit jedem Paket Packete sind 1, 3, or 5 Zeitschlitze lang Ein Rahmen besteht aus zwei Paketen Einem Transmit folgt ein Receive Springt im Normalfall mit 1600 Hops/s One Slot Packet

Folie 11

Frequenzaufteilung des ISM-Bandes

Folie 12

FHSS

Folie 13

Bluetooth - Bitbertragungsschicht 625s 80Mhz Bandbreite f t

Folie 14

Zustnde eines Bluetooth-Gerts (PHY-Schicht) STANDBY inquirypage connectedtransmit PARKHOLDSNIFF unverbunden verbunden aktiv low power 7.48.1

Folie 15

Zustnde eines Bluetooth - Gertes Standby Alle Gerte, die sich in einem Pikonetz befinden, sind im Standby- Mode Gert wartet alle 2.048 Zeitschlitze auf Rundnachrichten Hrt mit auf einer Untermenge von Trgerfrequenzen = Wakeup- Carriers Eine Verbindung kann von jedem Gert initiiert werden Wird dann automatisch Master Das geschieht mit page-Nachricht, wenn Gert Empfnger- Adresse kennt Wenn Empfnger nicht bekannt: inquiry-Nachricht gefolgt von page-Nachricht

Folie 16

Zustnde eines Bluetooth - Gertes HOLD Hhere Leistungsaufnahme Gert kann sofort wieder mit dem Senden beginnen, wenn es aus diesem Zustand herauskommt Behlt MAC-Adresse

Folie 17

Zustnde eines Bluetooth - Gertes PARK Gert ist nur selten aktiv Gert hat geringe Leistungsaufnahme Gert bleibt synchronisiert mit PICONETZ Ab und zu hrt Gert die aktuellen D vom MASTER (Leitstation) ab Um sich zu synchronisieren Gert gibt 3-Bit-MAC-Adresse frei AMA Active Member Address Gert erhlt 8-Bit PMA PMA Parked Member address

Folie 18

Zustnde eines Bluetooth - Gertes SNIFF HchsteLeistungsaufnahme Slave hrt MASTER noch ab, aber in greren Abstnden Intervalle, in denen mitgehrt wird, sind frei programmierbar und anwendungsabhngig

Folie 19

Funktionsweise Standby Wartet einem Piconetz beizutreten Inquire Suche nach BT-Gerten Page Verbindung mit einem bekannten BT-Gert aufnehmen Connected Aktiv in einem Piconetz (Master oder Slave) Park/Hold/Sniff Low Power connected states InquiryPage Connected AMA Transmit data AMA T typical=0.6s T typical=2s HOLD AMA PARK PMA T typical=2 ms Releases AMA Address Low Power States Active States Standby Connecting States Unconnected Standby Detach SNIFF AMA T typical=2 ms T

Folie 20

Bluetooth Medienzugriffssteuerung MAC-Schicht 1 MASTER und max 7 Slaves Alle Gerte in einem Piconetz springen gemeinsam MASTER bestimmt Frequenzsprungfolge (hopping sequenze) Einmalige Parameter verhindern, dass zwei Pikonetze gleiche Sprungsequenzen haben

Folie 21

Piconets & Scatternets die anderen Knoten mssen auf die hopping sequence synchronisieren Teilnahme in einem Piconetz = Synchronisation auf die richtige hopping sequence Kommunikation zwischen Piconetzen = Knoten, die zwischen Piconetzen hin- und herspringen Pikonetze

Folie 22

Bluetooth Medienzugriffssteuerung MAC-Schicht DIENSTE Zwei verschiedene Dienste: Synchrone verbindungsorientierte Asynchrone verbindungslose Synchronous Connection-Oriented link (SCO) symmetrisch, leitungsvermittelt, Punkt-zu-Punkt Asynchronous Connectionless Link (ACL) paketvermittelt, Punkt-zu-Mehrpunkt, Master fragt Stationen ab (polling) Zugangscode Synchronisation, abgeleitet vom Master, einzigartig pro Kanal

Folie 23

Vernetzung Alle Nutzer eines Pikonetzes verwenden die gleiche Sprungfolge fr die Trgerfrequenzen Sie teilen sich folglich 1 MHz breiten Kanal Wenn mehrere Nutzer in einem Pikonetz, dann teilen diese sich die Bandbreite Bandbreite sinkt Folgerung: Nutzung nur eines Pikonetze nicht sinnvoll Scatternetz

Folie 24

Scatternets Gruppen von Pikonetzen Nur die Gerte, die aktiv Daten austauschen, teilen sich das Pikonetz Bis zu 200 passive Teilnehmer knnen sich in einem Pikonetz befinden Pikonetze

Folie 25

Beispiel Scatternets 3 Pikonetze 2 Gerte sind in zwei Pikonetzen Alle 3 Pikonetze verwenden verschiedene Sprungfolgen Jedes Pikonetz benutzt 1 MHz Bandbreite Alle Pikonetze knnen die max. verfgbare Bandbreite von 80 MHz ausnutzen Pikonetze

Folie 26

MM S SS S P sb sb P P Netzwerkverbindungen Bezeichnungen Gerte knnen Master oder Slave in einem Netzwerk sein Gerte sind symmetrisch (jedes Gert kann sowohl Master als auch Slave sein) Piconet Master kann sich mit 7 Slaves aktiv in einem Piconet verbinden. ber 200+ Slaves sind in einem Piconetz mglich Jedes Picone hat eine maximale Kapazitt (1 MSPS) Unique hopping pattern/ID Scatternet Gerte knnen gleichzeitig in mehreren Piconets teilnehmen Systeme mit groer Kapazitt Minimale gegenseitige Beeinflussung bei bis zu 10 Pikonetzen innnerhalb eines Bereiches.

Folie 27

Netzwerkverbindungen Befinden sich mehrer Pikonetze in einem Scatternetz sinkt die Leistungsfhigkeit eines vorhandenen Pikonetzes ab. Zahl der Kollisionen steigt Liegt daran, wenn 2 oder mehrere Pikonetze dieselbe Trgerfrequenz in einem Zeitschlitz whlen Ein Gert kann nur in einem Pikonetz aktiv sein Wenn es an mehr als nur einem Pikonetz teilnehmen will, muss es sich auf das Pikonetz synchronisieren an dem es teilnehmen will. Wenn Gert SLAVE in einem Pikonetz, dann muss es sich auf die Folgefrequenz des Pikonetzes synchronisieren Nach Synchronisierung ist SLAVE im Netz Im alten Netz im PARK oder HOLD bei ACL-Diensten bzw. Periodisches Hin- und Herspringen der SCL-Dienste H P

Folie 28

Netzwerkverbindungen Wenn das Gert ein MASTER ist, kann dieses das Pikonetz ebenfalls verlassen Gert kann nicht in mehreren Pikonetzen gleichzeitig Master sein Wrde gleiche Sprungfolge bedeuten Gleiches Verhalten wrde beide Pikonetze zu einem machen Wenn Master sein Pikonetz verlsst, dann wird der Datenverkehr solange unterbrochen, bis er wieder zurckkehrt Kommunikation zwischen zwei Pikonetzen wird durch Gerte realisiert, die immer zwischen den Netzen hin- und herspringen Erfolgt das periodisch, dann knnen isochrone Datenstrme weitergeleitet werden

Folie 29

Batterielebenszeit Stromverbrauch* Standby Strom < 0.3 mA 3 Monate Voice mode 8-30 mA 75 Stunden Data mode average 5 mA (0.3-30mA, 20 kbit/s, 25%) 120 hours Low Power Architecture Programmable data length (else radio sleeps) Hold and Park modes 60 A Devices connected but not participating Hold retains AMA address, Park releases AMA, gets PMA address Device can participate within 2 ms *Estimates calculated with 600 mAh battery and internal amplifier, power will vary with implementation

Folie 30

Error Handling Forward-error correction (FEC) Headers are protected with 1/3 rate FEC and HEC Payloads may be FEC protected 1/3 rate: simple bit repetition (SCO packets only) 2/3 rate: (10,15) shortened Hamming code 3/3 rate: no FEC ARQ (ACL packets only) 16-bit CRC (CRC-CCITT) and 1-bit ACK/NACK 1-bit sequence number access code header payload 72b54b 0-2745b

Folie 31

Bluetooth Sicherheit Schnelles Frequenzspringen (79 Kanle) Niedrige bertragungsenergie (Bereich