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Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Drahtlose LANs (2. Teil) 7.0.2 HIPERLAN Standard-Familie PHY MAC Ad-hoc Netzwerk Bluetooth

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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Drahtlose LANs (2. Teil) 7.0.2 HIPERLAN Standard-Familie PHY MAC Ad-hoc Netzwerk Bluetooth
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs ETSI - HIPERLAN ETSI-Standard europischer Standard, vgl. GSM, DECT,... Ergnzung lokaler Netze und Ankopplung an Festnetze zeitkritische Dienste von Anfang an integriert HIPERLAN-Familie ein Standard kann nicht alle Anforderungen abdecken Reichweite, Bandbreite, Dienstgteuntersttzung kommerzielle Rahmenbedingungen HIPERLAN 1 1996 verabschiedet Physical Layer Channel Access Control Layer Medium Access Control Layer Bitbertragungsschicht Sicherungsschicht HIPERLAN-SchichtenOSI-Schichten Hhere Schichten 7.19.1
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs bersicht: ursprngliche HIPERLAN-Familie 7.20.2 Hier interessiert uns nur HIPERLAN 1 (=HIPERLAN)
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - Merkmale Datenbertragung Punkt-zu-Punkt (unicast), Punkt-zu-Mehrpunkt (multicast) 23,5MBit/s, 1W/100mW Sendeleistung, 2383 Byte Paketgre Dienste Asynchrone und zeitbegrenzte Dienste durch Prioritten kompatibel mit ISO MAC Topologie Infrastruktur- oder ad-hoc-Netzwerk Reichweite kann ber die eines mobilen Knotens hinausgehen (forwarding kann in Knoten integriert sein) Sonstige Mechanismen Energiesparmodi, Verschlsselung, Prfsummenberechnung 7.21.2
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - Dienste und Protokolle MAC MAC-Dienst, kompatibel mit ISO MAC und ISO MAC Brcken Benutzung von HIPERLAN CAC Multi-Hop Forwarding CAC Definition eines Kommunikationsdienstes ber ein geteiltes Medium Spezifikation von Zugriffsprioritten Versteckt die Eigenheiten von HIPERLAN Physical Protocol bertragungs und Empfangsmechanismen, Signalkodierung 7.22.1
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN Schichten, Dienste und Protokolle MSAP HCSAP MSAP HCSAP HM-entity HC-entity HM-entity HC-entity MAC layer CAC layer PHY layer HP-entity LLC layer HMPDU HCPDU data bursts MAC protocol CAC protocol PHY protocol MAC service CAC service PHY service MSDU HCSDU 7.44.1
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - Physikalische Schicht Aufgaben Modulation, Demodulation, Bit und Rahmensynchronisation Vorwrtsfehlerkorrekturmanahmen Messung der Signalstrke Erkennung der Belegung eines Kanals Kanle Standard sieht 3 verpflichtende und 2 optionale Kanle mit den zugehrigen Trgerfrequenzen vor verpflichtend Kanal 0: 5,1764680GHz Kanal 1: 5,1999974GHz Kanal 2: 5,2235268GHz optional (nicht in allen Lndern erlaubt) Kanal 3: 5,2470562GHz Kanal 4: 5,2705856GHz 7.23.1
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - PHY - Rahmencharakteristik Aufrechterhaltung der hohen Datenrate von 23,5Mbit/s kostet viel Energie - fatal fr portable Gerte daher wird einem Paket ein Kopf niedriger Bitrate vorangestellt, der alle Informationen ber den Empfnger der Nachricht beinhaltet nur betroffene Empfnger fahren mit dem Empfang fort Rahmenstruktur LBR (Low Bit-Rate) Kopf mit 1,4Mbit/s 450bit Synchronisation mindestens 1, maximal 47 Datenblcke zu 496bit fr Bewegungsgeschwindigkeiten ber 1,4m/s mu die Maximalzahl von Datenblcken verringert werden Modulation GMSK fr hohe Bitrate, FSK fr LBR-Kopf LBRSynchDaten 0 Daten 1 Daten m-1... 7.24.2
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - CAC - Unterschicht Channel Access Control (CAC) Sicherstellen, dass nicht auf unerlaubte Kanle zugegriffen wird Priorittsschema, Zugriff mit EY-NPMA Prioritten 5 Priorittsstufen, realisieren Dienstgte Dienstgte wird in eine Priorittsstufe mit Hilfe der Paketlebenszeit (durch Anwendung gesetzt) umgerechnet Paketlebenszeit = Zeit innerhalb derer es Sinn macht, das Paket an einen Empfnger zu bertragen Standardwert 500ms, maximal 16000ms kann das Paket aufgrund seiner aktuellen Prioritt noch nicht gesendet werden, so wird die Wartezeit permanent von der Lebenszeit abgezogen basierend auf MAC Prioritt, verbleibender Paketlebenszeit, und erwarteter Anzahl der Zwischenstationen bis zum Empfnger wird eine der 5 Prioritten zugewiesen damit steigt die Prioritt wartender Pakete automatisch an 7.26.2
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Priorittsfindung HIPERLAN 1 - EY-NPMA I EY-NPMA (Elimination Yield Nonpreemptive Priority Multiple Access) 3 Phasen: Priorittsfindung, Wettbewerb, bertragung Finden der hchsten Prioritt jede Prioritt entspricht einem Sendezeitpunkt in der ersten Phase, die hchste Prioritt hat den frhesten Zeitpunkt, die niedrigste den sptesten Sendewnsche mit hherer Prioritt knnen nicht verdrngt werden liegt kein solcher Wunsch vor (nicht belegter Zeitschlitz fr eine hhere Prioritt), so kann die nchst niedrigere senden am Ende der Phase ist die hchste aktuelle Prioritt bestimmt Wettbewerbbertragung Synchronisation Priorittserkennung Priorittssicherung t Nutzdaten Auslschung Auslschungs- berprfung Yield 7.27.3
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - EY-NPMA II Es knnen nun mehrere Sendewnsche gleicher Prioritt vorliegen Wettbewerbsphase Elimination Burst: Wettbewerber senden einen Burst, um Konkurrenten zu eliminieren (11111010100010011100000110010110, hohe Rate) Elimination Survival Verification: Wettbewerber hren nun in den Kanal, ist dieser frei, so drfen sie fortfahren, ansonsten wurden sie eliminiert Yield Listening: Wettbewerber hren nun mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in das Medium, ist dieses frei, so darf am Ende der Wettbewerbsphase gesendet werden Der Trick besteht nun darin, Burstdauer und Hrwahrscheinlichkeit richtig einzustellen (slot-basiert, Exponentialverteilt) Datenbertragung Der Sieger darf bertragen (sehr kleine Wahrscheinlichkeit der Kollision bleibt) War der Kanal lngere Zeit ruhig (min. 1700bit-Dauern) kann sofort gesendet werden ohne EY-NPMA Synchronisation anhand der letzten Datenbertragung 7.28.2
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - DT-HCPDU/AK-HCPDU 10101010 01HIHDA HDACS BLIR = n 1 BL- IRCS LBR 01234567bit HBR 01234567 bit TIBLI = n byte 1 PLI = m HID 2 3 - 6 DA 7 - 12 SA 13 - 18 UD 19 - (52n-m-4) PAD (52n-m-3) - (52n-4) CS (52n-3) - 52n 10101010 01HIAID AIDCS LBR 01234567bit Daten HCPDU Besttigungs HCPDU 7.45.1 HI: HBR-part Indicator HDA: Hashed Destination HCSAP Address HDACS: HDA CheckSum BLIR: Block Length Indicator BLIRCS: BLIR CheckSum TI: Type Indicator BLI: Block Length Indicator HID: HIPERLAN IDentifier DA: Destination Address SA: Source Address UD: User Data (1-2422 byte) PAD: PADding CS: CheckSum AID: Acknowledgement IDentifier AIDS: AID CheckSum
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - MAC-Schicht Kompatibel mit ISO MAC Untersttzt zeitbegrenzte Dienste ber Priorittsschema Paketweiterleitung Untersttzung von gezieltem (Punkt-zu-Punkt) oder Broadcast- Weiterleiten (falls keine Weginformationen vorhanden) Untersttzung von Dienstgte bei der Weiterleitung Verschlsselungsmechanismen Integrierte Mechanismen, nicht jedoch Schlsselverwaltung Energiesparmechanismen Mobile Endgerte knnen Wachmuster vereinbaren, d.h. Zeitpunkte, zu denen sie Pakete empfangen knnen Zustzlich mssen Knoten vorhanden sein, die Daten fr schlafende Knoten aufbewahren und zum richtigen Zeitpunkt weiterleiten (sog. Stores) 7.25.2
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs HIPERLAN 1 - DT-HMPDU LI: Length Indicator TI: Type Indicator RL: Residual Lifetime PSN: Sequence Number DA: Destination Address SA: Source Address ADA: Alias Destination Address ASA: Alias Source Address UP: User Priority ML: MSDU Lifetime KID: Key Identifier IV: Initialization Vector UD: User Data, 12383 byte SC: Sanity Check (for the unencrypted PDU) n= 402422 01234567 bit LI = n byte 1 - 2 TI = 1 RL 3 4 - 5 PSN 6 - 7 DA 8 - 13 SA 14 - 19 ADA 20 - 25 ASA 26 - 31 UPML KID IV UD SC 32 33 34 35 - 37 38 - (n-2) (n-1) - n Daten HMPDU 7.29.2
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Information Datenbasen in HIPERLAN-Knoten Route Information Base (RIB) - wie kann ein Ziel erreicht werden? [destination, next hop, distance] Neighbor Information Base (NIB) - Status der direkten Nachbarn [neighbor, status] Hello Information Base (HIB) - Status des Ziels (ber den nchsten Knoten) [destination, status, next hop] Alias Information Base (AIB) - Adressen von Knoten auerhalb des Netzes [original MSAP address, alias MSAP address] Source Multipoint Relay Information Base (SMRIB) - derzeitiger MP Status [local multipoint forwarder, multipoint relay set] Topology Information Base (TIB) - derzeitige HIPERLAN-Topologie [destination, forwarder, sequence] Duplicate Detection Information Base (DDIB) - Erkennung von Duplikaten [source, sequence] 7.46.1
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Ad-hoc Netzwerke mit HIPERLAN 1 Nachbarschaft (d.h. in Funkreichweite) HIPERLAN B HIPERLAN A Information Bases (IB): RIB: Routing NIB: Neighbourhood HIB: Hello AIB: Alias SMRIB: Source Multipoint Relay TIB: Topology DDIB: Duplicate Detection RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB RIB NIB HIB AIB DDIB RIB NIB HIB AIB DDIB RIB NIB HIB AIB DDIB 1 2 34 5 6 Forwarder 7.30.3
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Bluetooth Konsortium (www.bluetooth.com): Ericsson, Intel, IBM, Nokia, Toshiba - viele Mitglieder Anwendungen Anbindung von Peripheriegerten Lautsprecher, Joystick, Kopfhrer Untersttzung von ad-hoc-Netzwerken kleine, billige Gerte Verbindung von Netzwerken e.g., GSM ber Handy - Bluetooth - Laptop Einfacher, billiger Ersatz fr IrDA, eingeschrnkte Reichweite, niedrige Datenraten 7.47.1
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Bluetooth Protocol Stack PHY MAC LLC RS232 Emulation Riku Mettala: Bluetooth Protocol Architecture service discovery
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Bluetooth Radio Frequenz: 2.4 GHz (2.4 2.4835 GHz) Modulation: Gausian Frequency Shift Keying (GFSK) Sybol Rate: 1Ms/s Frequency Hopping Spread Spectrum Sendeleistung 100mW / 2.5mW / 1mW Sendebereich: maximal: 100m normal: 10m
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Baseband - Allgemein Frequency Hopping Spread Spectrum ber 79 Kanle Zeitschlitze a 0.625 mSec blicherweise wird ein Paket in einem Zeitschlitz bertragen (bei sehr langen Paketen kann ein Paket mehrere Zeitschlitze bentigen) Frequenzsprung nach jedem Paket Time-Division Duplex (TDD)
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Baseband - Beispiel aus der Spezifikation
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Baseband Master-Slave a) single slave operation b) multi-slave operation c) scatternet operation aus der Spezifikation
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Baseband Master-Slave Bluetooth verwendet sogenannte Pico-Netze mit einem Master und bis zu 7 Slaves. Der Master eines Pico-Netzes bestimmt die hopping-Reihenfolge fr das FHSS. Kommunikation ist NUR zwischen Master und Slave mglich, nicht zwischen zwei Slaves. Die Rollen Master und Slave knnen dynamisch getauscht werden. Scatternet: Ein Slave kann als Master oder Slave in einem anderen Pico-Netz teilnehmen, ein Master kann als Slave in einem anderen Pico-Netz teilnehmen. Fr den Scatternet-Betrieb muss man seinen Aktivitten in einem Pico Netz reduzieren um im anderen mitzumachen.
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Baseband Physical Links Synchronous Connection-Oriented (SCO): kann zwischen Master und Slave mittels MLP hergestellt werden reserviert bestimmte Zeitschlitze fr die Kommunikation zwischen dem Master und einem bestimmten Slave der Slave darf in den fr ihn reservierten Zeiten senden, ohne vom Master dazu aufgefordert zu werden SCO Pakete werden nicht besttigt wird fr zeitbegrenzte Datenstrme verwendet (z.B. Audiobertragung) typischerweise 64 kBit/s
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Baseband Physical Links Asynchronous Connection-Less (ACL): alle Zeitschlitze, die nicht durch SCO reserviert sind werden fr ACL genutzt dabei empfangen alle Slaves die ACL Pakete des Masters und drfen Senden, wenn dieses Ihre Adresse beinhaltete (polling) ACL Pakete werden besttigt: die Pakete vom Master direkt mit der Antwort des Slaves, die vom Slave beim nchsten Aufruf des Slaves durch den Master bis zu 723.2 kBit/s asymmetrisch (mit 57.6 in Rckrichtung) bis zu 433.9kBit/s symmetrisch
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Baseband - Paketformat ZugangscodePaketkopfNutzdaten 72 540-2745Bits MAC-AdresseTypflowARQNSEQNHEC 341118Bits 7.49.2 Zugangscode Synchronisation, abgeleitet vom Master, einzigartig pro Kanal Paketkopf 1/3-FEC, MAC Adresse (1 Master, 7 weitere Knoten), Nachrichtentyp (unterschiedlich interpretiert fr SCO/ACL), Alternating-Bit ARQ/SEQ, Prfsumme
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Baseband - Zustnde eines Bluetooth-Gerts STANDBY inquirypage CONNECTION 7.48.1 low-power mode Anfrage nach einer Gerteklasse Anfrage nach einem speziellen Gert bereit zu Datenaustausch regelmig aufwachen berprfen ob man gerufen wird weiterschlafen Signalisierung ber LMP
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Baseband Connection Modes ACTIVE PARK HOLDSNIFF 7.48.1 normale Operation zwischen Master und Slave wird eine Periode vereinbart. Der Slave wacht zu Beginn jeder Periode auf um angesprochen werden zu knnen. Nur fr ACL, SCO weiter wie gehabt. zwischen Master und Slave wird eine Zeitspanne vereinbart. Der Slave ist whrend dieser Zeit-spanne fr ACL Pakete nicht erreichbar. SCO weiter wie gehabt. der Slave wird geparkt und muss seine MAC Adresse abgeben, Er muss speziell wieder aufgeweckt werden um wieder an der Kommunikation teilnehmen zu knnen. Signalisierung ber LMP
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Link Manager Protocol (LMP) Steuerfunktionen oberhalb vom Baseband. z.B. Herstellen einer Verbindung, bevor L2CAP Daten bertragen kann (nachdem die Baseband Verbindung hergestellt ist): aus der Spezifikation
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs LMP Aufgaben Verbindungsauf- und -abbau Authentication / Encryption Einrichten eines SCO Links Wechsel zwischen den Connection-Modes (active, park, hold, sniff)
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Logical Link Controll and Adaptation Protocol Verwendet ACL Links des Basebands, erwartet fehlerfreie und verlustfreie bertragung (durch ACL gegeben) Aufgaben: - Protocol multiplexing: ACL hat keinen Identifier fr das Protokoll welches im Datenteil transportiert wird. Dies wird nun durch L2CAP bereitgestellt. - Segmentation & Reassembly: L2CAP erlaubt die transparente bertragung von Datenblcken mit bis zu 64kByte. - Quality of Service: L2CAP erlaubt die Reservierung von Resourcen auf dem Kommunikationspartner um eine gewisse Dienstgte zu garantieren. - Untersttzung fr Gruppenkommunikation: wie knnen Gruppenadressen abgebildet werden auf Pikonetze und deren Teilnehmer.
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs Service Discovery Protocol (SDP) Sowohl Endgerte als auch Diensterbringer (Drucker, etc.) sind mobil wie findet man Dienste? SDP erlaubt es einem Dienstnutzer (SDP-Client) Informationen ber die auf einem Dienstanbieter (SDP-Server) vorhandenen Dienste zu erlangen. SDP wird ber L2CAP verwendet. SDP stellt KEINE Mechanismen bereit, wie sich SDP-Client und SDP-Server finden. SDP geht davon aus, dass bereits eine L2CAP Kommunikationsbeziehung existiert.
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs SDP Architektur aus der Spezifikation
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs SDP Service Record Ein SDP Service Record beschreibt einen Dienst (Service). Ein SDP Service Record besteht aus einer Liste von Service Attributen. Ein SDP Service Record wird durch eine 32 Bit ID identifiziert, diese ist eindeutig auf EINEM SDP Server. Ein Service gehrt zu einer oder mehreren Service Klassen, wenn er zu mehreren Klassen gehrt, dann sind diese in der Regel voneinander abgeleitet (Drucker - PS Drucker - Farb PS Drucker). Service Klassen haben eine global eindeutige 128 bit ID.
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs SDP Attribute Ein SDP Attribut beschreibt eine Eigenschaft eines Dienstes. Ein Attribut besteht aus: - Type (1=unsigned iteger, 4=Text String, etc.) - Size Index (0=1 Byte, 4=16 Byte, 7=Gre folgt in den nchsten 32 Bit) - Attribute ID (spezifiziert die Bedeutung, z. B. Service Class ID List, es gibt globale IDs und Class spezifische) - Value
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs SDP Nachrichtenformat Mit: - PDU ID=Nachrichtentyp - Transaction ID=Identifizierer, zu dem die Antwort passen muss - ParamterLength=Lnge der Nachricht in Byte - Parameter 1-N=Parameter der Nachricht aus der Spezifikation
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs SDP Nachricht SDP_ServiceSearchRequest PDU ID = 2 Parameters: - ServiceSearchPattern (Liste von Class IDs, die ALLE in einem Dienst vorhanden sein mssen, damit er passt) - MaximumServiceRecordCount (Maximale Anzahl von Diensten, die als Antwort akzeptiert werden) - Continuation State (ist die Nachricht abgeschlossen, oder folgen weitere Segmente, sinnvoll wenn Nachricht grer als 64 kByte ist)
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  • Mobilkommunikation: Drahtlose LANs SDP Nachricht SDP_ServiceSearchResponse PDU ID = 3 Parameters: - ServiceRecordHandleList (Liste mit 32 Bit IDs fr die Dienste, die auf die Anfrage passen) - weitere Parameter Abfrage der Attribute mit: SDP_ServiceAttributeRequest/Response Bentigt ID fr Dienst und ID fr Attribut beim Request.