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Inhalt. Einleitung Geschichte der Bluetooth-Technologie Technische Grundlagen Bluetooth- Architektur Hardware + Software Kommunikation Anwendungsbeispiele Bluetooth vs. IRDA Zukunftsaussichten Fazit Quellen. Überblick.

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  1. Jan Böschow, Michael Golze

  2. Inhalt • Einleitung • Geschichte der Bluetooth-Technologie • Technische Grundlagen • Bluetooth- Architektur • Hardware + Software • Kommunikation • Anwendungsbeispiele • Bluetooth vs. IRDA • Zukunftsaussichten • Fazit • Quellen Jan Böschow, Michael Golze

  3. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  4. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  5. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  6. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  7. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  8. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  9. 2,4GHz - HF-Teil Baseband-Controller Host- System Architektur – Hardware I • Grundsetzlicher Aufbau von BT-Modulen • HF-/Radio-Teil • Basisband-/Baseband-Controller Jan Böschow, Michael Golze

  10. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  11. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  12. Architektur – Software II OS-Abstraction-Layer PPP TCP/IP OP FT Sync BPP BIP LAN DUN FAX GOEP CT INT SPP HS HF PAN OBEX TCS Binary HCRP BNEP RFCOMM L2CAP, SDP, GAP, SDAP, Security, Management Entity, ... Hardware Abstraction Layer Jan Böschow, Michael Golze

  13. 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, ... • ... Jan Böschow, Michael Golze

  14. 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 • ... Jan Böschow, Michael Golze

  15. Kommunikation Jan Böschow, Michael Golze

  16. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  17. 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. Jan Böschow, Michael Golze

  18. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  19. Kommunikation - Piconetz IV Jan Böschow, Michael Golze

  20. Bluetooth vs. IrDA Jan Böschow, Michael Golze

  21. Anwendungsbeispiel I • Mobiltelefone • Bluetooth Geldbörse • Schuhsohlen • Digitalkameras • Notebooks/Computer • Festplatten (extern) • Universalfernbedienung • GPS Antennen • … Jan Böschow, Michael Golze

  22. Anwendungsbeispiel II Jan Böschow, Michael Golze

  23. 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. Jan Böschow, Michael Golze

  24. 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 Jan Böschow, Michael Golze

  25. 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 Jan Böschow, Michael Golze

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