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Bluetooth. von Thomas Hennig. Inhalt. Herkunft Funktion Piconetz/Scatternetz Bluetooth Protocol Stack Verbindungstypen Pakettypen Fehlerkorrektur Ausblick. Herkunft. Dänischer König Harald Blåtand Nachname bedeutet Blauzahn Hat große Teile Skandinaviens vereint

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Presentation Transcript
Bluetooth

Bluetooth

von

Thomas Hennig


Inhalt
Inhalt

  • Herkunft

  • Funktion

  • Piconetz/Scatternetz

  • Bluetooth Protocol Stack

  • Verbindungstypen

  • Pakettypen

  • Fehlerkorrektur

  • Ausblick


Herkunft
Herkunft

  • Dänischer König Harald Blåtand

  • Nachname bedeutet Blauzahn

  • Hat große Teile Skandinaviens vereint

  • Bluetooth soll Kommunikation elektronischer Kleingeräte einen

  • Skandinavische Runen der Initialen von Harald Blauzahn sind Ursprung für Logo


Bluetooth sig
Bluetooth SIG

  • 1994 Suche bei Ericsson nach Ersatz für Kabel zwischen Mobiltelefon und Zusatzgeräten

  • 1998 Gründung der Bluetooth SIG um Bluetooth als de-facto-Standart etablieren

  • Mittlerweile über 2000 Mitgliedsunternehmen


Ieee 802 15 1
IEEE 802.15.1

  • Ziele: geringe Kosten, flexible Einsatzmöglichkeiten, geringer Energieverbrauch, Störungsunempfindlichkeit und Daten für Multimediale Anwendungen übertragen

  • Inzwischen ist der Bluetooth- Standart von IEEE Arbeitsgruppe für WPANs als IEEE 802.15.1 adaptiert worden


Funktion
Funktion

  • 2,4 Ghz ISM Band (lizenzfrei)

  • Wlan, schnurlose Telefone, Mikrowellen

  • 79 Kanäle

  • 1 Mhz Abstand

  • 2,402 – 2,480

  • Sicherheitsband am Rand


Funktion1
Funktion

  • Frequenz Hopping um unempfindlich gegen Störungen zu sein

  • 1600 mal je Sekunde

  • Je nach Übertragungsart sind bis zu 1 Mbit/s möglich


Funktion2
Funktion

  • Übertragung von Daten und Sprache

  • Fehlerkorrektur nur bei Daten

  • Kommunikation über vordefinierte Profile z.B. FT, Headset, CTP, GAP …

  • Vollduplex über Zeitmultiplex

  • SCO / ACL


Funktion3
Funktion

  • Sendeleistung der Geräte:

  • Klasse 1 100mW 100m

  • Klasse 2 2,5mW 50m

  • Klasse 3 1mW 10m


Funktion4
Funktion

  • Bluetooth Geräte bilden immer ein Ad-Hoc-Netzwerk wenn sie sich verbinden

  • Piconetz mit max. 8 aktiven Teilnehmern und bis zu 255 inaktiven

  • Scatternetz aus mehreren Piconetzen

  • Kollision?


Piconetz
Piconetz

  • Netzwerkstruktur aus bis zu 8 Geräten

  • 1 Master

  • 7 Slaves

  • 255 Inaktive Slaves


Piconetz1
Piconetz

  • Master

    • Gerät das die Verbindung aufbaut wird zum Master

    • Alle Slaves synchronisieren sich am Master (eigener Timer + Offset)

    • Gibt die Frequenzwechsel im Piconetz vor

  • Slaves

    • Nehmen verschieden Zustände ein


Piconetz2
Piconetz

  • Nur der Master kann mit Slaves Daten austauschen

  • Damit Slave zu anderen Netzteilnehmern senden kann muß er mit Master Rolle tauschen

  • Standartzustand von Slave ist Standby

  • Jedes Gerät hat 48bit Seriennummer


Piconetz hauptzust nde
Piconetz Hauptzustände

  • Standby

    • kann nur vom Master mittels Inquiry- oder Page-Scans aufgeweckt werden

    • der Slave scannt dabei alle 1,28 Sekunden 32 reservierte Frequenzen nach eingehenden Nachrichten aus dem eigenen Piconetz


Piconetz hauptzust nde1
Piconetz Hauptzustände

  • Connection

    • 2 Geräte sind miteinander verbunden und können Daten austauschen

    • nur aus diesem Zustand können Geräte in einen der Stromsparzustände gehen


Piconetz zust nde
Piconetz Zustände

  • Active

    • Slave wartet auf Pakete vom Master um dann selbst senden zu können

  • Sniff

    • Slave wartet nicht auf Pakete kann aber über seine Adresse angesprochen werden

    • Geringerer Stromverbrauch


Piconetz zust nde1
Piconetz Zustände

  • Hold

    • Gerät stellt seine Übertragungen für eine durch den Master definierte Zeit ein

    • Slave kann diesen Zustand selbst erfragen

  • Park

    • Nicht mehr aktiv am Piconetz beteiligt

    • Hält Synchronisation mit Master aufrecht


Piconetz zust nde2
Piconetz Zustände

  • Inquiry

    • Wird bei unbekannten Adressen gesendet um Gerät zu identifizieren

  • Page

    • Wenn Gerät bereits bekannt ist

    • Master sendet Page Nachricht auf 16 reservierten Frequenzen

    • Gerät antwortet nach spätestens 2,56 Sekunden



Scatternetz
Scatternetz

  • Piconetze können zu einen Scatternetz verbunden werden

  • Verbindung erfolgt durch ein gemeinsames Gerät, welches Master oder Slave sein kann

  • Wenn Master dann nur in einen Netz



Bluetooth protokoll stack
Bluetooth Protokoll Stack

  • Regelt Kommunikation zwischen Geräten

  • Dient zum auffinden von Geräten und deren angebotenen Services

  • Es wurde versucht möglichst viele existierende Protokolle zu integrieren

  • 4 verschiedene Gruppen


Bluetooth protokoll stack1
Bluetooth Protokoll Stack

  • Bluetooth Core Protocols

    • Baseband, LMP, L2CAP, SDP

  • Cable Replacement Protocols

    • RFCOMM

  • Telephony Control Protocols

    • TCS-Binary, AT-Commands

  • Adopted Protocols

    • PPP, UDP, TCP, IP, WAP, OBEX



Bluetooth protocol stack1
Bluetooth Protocol Stack

  • Bluetooth Core Protocols und Bluetooth Radio werden von jeden Gerät benutzt

  • Rest wird benutzt wenn nötig und stellt Schnittstelle zu den Core Protocols dar

  • Die Protokolle der höheren Schichten wurden möglichst ohne Änderungen übernommen damit Anwendungen ohne Aufwand auch mit Bluetooth betrieben werden könne


Bluetooth radio
Bluetooth Radio

  • Schnittstelle die Verbindung über Funkwellen beschreibt

  • Frequenzwechsel mit 1600 Hopps/sec

  • Timeslots zu je 0,625 ms

  • 1 Paket je Timeslot


Verbindungstypen
Verbindungstypen

  • Synchronous Connection Oriented

    • Point to Point mit einen Slave

    • Für zeitkritische Übertragungen wie Sprache weil keine Fehlerkorrektur möglich

    • Master reserviert Timeslots (Bandbreite) für die Übertragung


Verbindungstypen1
Verbindungstypen

  • Assynchronous Connection Less

    • Point to Multi-Point (Verbindung mit mehreren Slaves)

    • Verwendet restliche nicht für SCO reservierte Timeslots

    • Bei Paketverlust kann wiederholt gesendet werden


Baseband
Baseband

  • Link Controller über dem Bluetooth Radio

    • Steuerung der physikalischen Funkverbindung

    • Encoding und Decoding der Datenpakete

    • Festlegen der Hopp Sequenz

    • Fehlerkorrektur

    • Verwaltung der logischen Verbindungen

    • Authentisierung, Autorisation, Verschlüsselung


Pakettypen
Pakettypen

  • 13 Pakete für Baseband Layer

  • Höhere Schichten nutzen diese um eigene PDUs zu bauen

  • Access Code:

    • CAC, DAC, IAC


Pakettypen1
Pakettypen

  • SCO und ACL Pakete:

    • ID Paket - Antwort für Response, Inquiry, Page

    • Null - Übermittelt Information zum Status der Verbindung (keine Empfangsbestätigung)

    • Poll – Wie Null nur mit Empfangsbestätigung Slave muß darauf Antworten

    • FHS – enthält Verbindungsdaten und wird zur Synchronisation genutzt

    • DM1 – Enthält nur Steuerinformationen


Pakettypen2
Pakettypen

  • SCO Pakete

    • Größe fest auf 240 bit

    • HV1 – 1,25ms Audio (64kBit/s)

    • HV2 – 2,5ms Audio

    • HV3 – 3,75ms Audio

    • DV – Audio und Daten (Datenteil kann erneut gesendet werden)


Pakettypen3
Pakettypen

  • ACL Pakete

    • DM1 18 Byte Payload 16 Bit CRC

    • AUX1 20 Byte Payload

    • DH1 28 Byte FEC

    • DM3 123 Byte FEC

    • DH3 185 Byte kein FEC

    • DM5 226 Byte FEC

    • DH5 341 Byte kein FEC


Fehlerkorrektur
Fehlerkorrektur

  • FEC Forward Error Correction

  • Maßnahme gegen Fehler weil Funkverbindungen recht anfällig sind

  • Pakete müssen aber nicht geschützt werden


Fehlerkorrektur1
Fehlerkorrektur

  • 1/3 FEC – jedes Bit wird 3 mal gesendet

  • 2/3 FEC – Information wird mittel gekürzten Hamming Codes geschützt

  • Automatic Request Scheme (ARQ)

    Paket das mit CRC versehn ist wird wiederholt bis es bestätigt wird


Bluetooth audio
Bluetooth Audio

  • Übertragung von Sprache schwierig weil synchron sein muß und nicht wiederholt werden kann

  • Pulse Code Modulation

  • Continous Variable Slope Delta Modulation – besser geeignet bei vielen Interferenzen


Ausblick
Ausblick

  • Bluetooth 2.0

  • EDR bis 2,2 Mbit/s

  • Im Moment ist Bluetooth sehr erfolgreich

  • UWB 480Mbit/s (2 m) 110Mbit/s (10 m)

  • Ist Bluetooth also bislang ein weltweiter Erfolg? Ja, wirklich. Wird das auch in einem Jahr noch so sein? Schwer zu sagen. In zwei Jahren? Unwahrscheinlich. Konsumeletronik ist manchmal ein wirklich schmutziges geschäft.



Quellen
Quellen

  • http://de.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

  • http://www.tutorial-reports.com/wireless/bluetooth/

  • http://www.palowireless.com/infotooth/tutorial.asp

  • http://www.heise.de/mobil/bluetooth/

  • https://www.bluetooth.org/spec/


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