Kundenmeinung: Die Kommunikationstechnik-Fibel ist sehr informativ und verständlich. Genau das habe ich schon seit langem gesucht. Endlich mal ein Buch, das kurz und bündig die moderne Informationstechnik beleuchtet.
Bluetooth ist eine standardisierte universelle und lizenzfreie Funktechnik für Sprache und Daten, das in kleinen mobilen Geräten integriert werden kann und üblicherweise für Kurzstrecken verwendet wird.
Bei der Entwicklung von Bluetooth wurde besonderen Wert auf Störunanfälligkeit, niedrigem Stromverbrauch, kleinste Bauform und integrierte Sicherheitsmechanismen gelegt. Bluetooth ist so flexibel ausgelegt, das es andere Drahtlos-Techniken ablösen kann (z. B. DECT und IRDA). Jede Anwendung in einem Computer kann Bluetooth für die Datenübertragung nutzen.
Mit Bluetooth kann man bis zu 8 Geräte ohne Sichtverbindung aktiv miteinander verbinden (Piconet). Weitere 248 Geräte können sich anmelden, müssen aber passiv bleiben. Jedes dieser Geräte hat seine eigene individuelle 48-Bit-Adresse, die weltweit einzigartig ist und zur Identifikation des Gerätes dient.
1994 entwickelten die beiden Mobilfunkhersteller Ericsson und Nokia eine Technik für einen einfachen Kurzstreckenfunk, der kleine Geräte ohne großen Aufwand verbinden konnte.
Der Name für dieses Projekt geht auf den Wikingerkönig Harald Gormson Blåtand (Harald Gormson Blaatand) zurück, der Dänemark und Norwegen miteinander versöhnte. Zu Deutsch heißt Bluetooth Blauzahn.
1998 gründeten mehrere Firmen eine Spezial Interest Group (SIG) für Bluetooth. Heute gehören mehrere tausend Firmen der Bluetooth-SIG an.
Anfang November 2004 wurde Bluetooth 2.0/2.1 und Enhanced Data Rate (EDR) verabschiedet. Zu den Anwendungen gehören demnach auch Stereo-Audio, Bildübertragung, Drucken und Scannen. Bluetooth in den Versionen 1.0b, 1.1 und 1.2 sind dafür zu langsam.
Die Zukunft von Bluetooth
In Zukunft sollen weitere Entwicklungen Bluetooth verbessern. Unter anderem erhöhte Sicherheit, eine noch niedrigere Energieaufnahme, bessere Bedienung und weitere Leistungssteigerungen.
Ein großer Vorteil von Bluetooth sind die vielen Profile, die die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten möglich machen. Weiterer und entscheidender Vorteil, die Profile sind unabhängig vom Übertragungsverfahren. Deshalb ist ohne große Probleme möglich Bluetooth in Zukunft auf Systeme, wie WLAN (Bluetooth 3.0) und UWB (Bluetooth 100x) aufzusetzen.
Übertragungsverfahren
Bluetooth benutzt das lizenzfreie ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical) zwischen 2,402 und 2,480 GHz. Damit stehen 79 je ein MHz breite Kanäle zu Verfügung. Da das Frequenzband um 2,4 GHz auch von vielen anderen drahtlosen Übertragungsverfahren genutzt wird (z. B. WLAN nach IEEE 802.11), werden bei Bluetooth mittels Frequenzhopping (FHSS) die Kanäle mit 1600 Frequenzsprüngen in der Sekunde gewechselt. Die Stabilität von Bluetooth-Verbindungen erweist sich durch die häufigen Frequenzsprüngen und kleinen Datenpaketen als sehr hoch.
Synchronous Connection Oriented (SCO)
Für die Übertragung von Sprache wird das SCO-Verfahren eingesetzt. Vergleichbar mit ISDN wird die Sprache synchron in festen Zeitschlitzen (Timeslots) übertragen. Die Qualität der Verbindung steht bei diesem Verfahren im Vordergrund. Deshalb findet die Kommunikation auf einem geschützten Kanal statt.
Asynchronous Connectionsless LINK (ACL)
Beim Datenaustausch benutzt Bluetooth ACL. Diese ist nicht zeitkritisch, überträgt die Daten aber zu 100% an das Ziel. Es wird sowohl symmetrischer als auch asymmetrischer Datenverkehr unterstützt.
Die Vorteile von Bluetooth liegen bei diesen beiden Übertragungsverfahren, die Bluetooth gleichzeitig beherrscht. Andere Funkstandards beherrschen nur eine Art der Übertragung, symmetrisch (z. B. DECT) oder asymmetrisch (z. B. WLAN nach IEEE 802.11).
Übertragungsgeschwindigkeit
Der Bruttodurchsatz einer Bluetooth-Datenübertragung beträgt 1 MBit pro Sekunde. Ein asymmetrische Bluetooth-Verbindung hat eine Netto-Datenrate von 723,2 kBit/s in Download-Richtung und 57,6 kBit/s in Upload-Richtung. Die symmetrische Verbindung überträgt 432,6 kBit/s in jede Richtung, zusammen also 865,2 kBit/s. Unter guten Bedingungen sind bis zu 640 kBit/s in Download-Richtung möglich.
Mit EDR (Enhanced Data Rate) wird die Brutto-Datenrate auf bis zu 3 MBit/s erhöht. So sind Netto-Datenraten von bis zu 2 MBit/s möglich.
Übertragungsgeschwindigkeit
Brutto
Netto
Modulation
Basic Rate
1 MBit/s
723,2 kBit/s
GFSK
Enhanced Data Rate
2 MBit/s
1446,2 kBit/s
π/4DQPSK
3 MBit/s
2169,6 kBit/s
8DPSK
Reichweite und Leistungsklassen
Bluetooth definiert drei Leistungsklassen, die für die Reichweite hauptsächlich verantwortlich sind. Jedoch ist es jedem Hersteller freigestellt, bis zum gesetzlich vorgeschriebenen Maß mit mehr Leistung zu funken. Die Reichweite ist von der Sendeleistung und der Empfangsempfindlichkeit der Empfänger und ihrer Antennen abhängig.
Klasse
maximale Sendeleistung
Mindestreichweite bei Sichtverbindung
1
100 mW / 20 dBm
100 m
2
2,5 mW / 4 dBm
20 m
3
1 mW / 0 dBm
10 m
Sicherheit
Im Gegensatz zur Datenübertragung über Kabel wird die Sicherheit bei Funkverfahren groß geschrieben. Bluetooth kennt drei Sicherheitsstufen. Für die Stufen Mittel und Hoch müssen Passwörter vergeben werden.
Niedrig
Die Geräte können sich untereinander erkennen und können ohne Authentifizierung Verbindungen zueinander herstellen.
Mittel
Die Geräte können sich untereinander erkennen, können aber ohne Authentifizierung keine Verbindung zueinander herstellen (Dienste-Authentifizierung).
Hoch
Die Geräte können sich untereinander nicht erkennen. Eine Verbindung ist nur mit einer Authentifizierung möglich (Verbindungs-Authentifizierung).
Bluetooth-Protokollstapel
Die unterste Ebene im Bluetooth-Protokollstapel ist die Funkschnittstelle. Darauf setzt das Baseband auf. Es handelt sich dabei um eine Schnittstelle zu den höheren Protokollen. Sie ermöglicht den Zugriff auf die Funkkanäle durch Sende-/Empfangsroutinen. Auf dem Baseband setzen die Protokolle LMP und L2CAP auf. Das LMP (Link Manager Protocol) übernimmt die Steuerung der Kommunikation, wie den Verbindungsaufbau und -abbau, die Authentifizierung, Autorisierung und Verschlüsselung. HCI (Host Controller Interface) ist eine Kommandoschnittstelle, über die der Zugriff auf Baseband-Funktionen erfolgt.
L2CAP (Logical Link and Control Adaptation Protocol) stellt mehrere logische Kanäle für die Datenübertragung bereit. Die Übertragung von Sprache erfolgt direkt über das Baseband. Dazu gehören auch Anwendungen, wie Headsets oder Freisprecheinrichtungen. Das L2CAP übernimmt auch die das Multiplexing von Protokollen und Datenströmen. Auf L2CAP baut das RFCOMM-Protokoll auf, über das sehr viele Bluetooth-Anwendungsprofile abgewickelt werden. RFCOMM ist an die serielle Kommunikation über Kabel angelehnt. Es bietet Schnittstellen an, die es Anwendungsentwicklern einfach macht, bereits bestehende Anwendungen, die eine serielle Schnittstelle verwenden, zu portieren. RFCOMM ist vor allem aus Gründen der Abwärtskompatibilität vorhanden. Bis zu 60 serielle Schnittstellen können verarbeitet werden. Sogar herkömmliche AT-Kommandos funktionieren damit.
OBEX (Object Exchange Protocol) ist ein weiteres Protokoll, dass auf L2CAP aufbaut. Es dient zum Austausch von Daten und Objekten zwischen zwei Stationen. OBEX ist von IrDA bekannt und wurde praktischerweise für Bluetooth übernommen. Es wird von vielen Betriebssystemen unterstützt und bietet einen Plattform-unabhängigen Informationsaustausch. Allerdings wird es nur sehr selten verwendet. Zur Synchronisation unterschiedlicher Geräte verwenden Hersteller gerne ihre eigenen Protokolle und Anwendungen.
TCS BIN (Telephony Control Protocol Binary) ist ein Protokoll, das ebenfalls auf L2CAP aufsetzt. Es ist eine Steuerschicht für Telefonie-Anwendungen mit Funktionen zur Anrufkontrolle.
SDP (Service Discovery Protocol) ermöglicht das Erkennen und Abfragen von Diensten, die von anderen Bluetooth-Geräten angeboten werden. Dieses Protokoll ermöglicht es, dass die angebotenen Dienste automatisch erkannt werden. Über eine UUID (Universal Unique Identifier) werden die Dienste eindeutig identifiziert. Darin sind Informationen über die Klasse des Dienstes und weitere spezifische Informationen enthalten.
Basisprotokolle
Die Protokolle bekommt der Anwender nicht zu sehen. Sie arbeiten im Hintergrund. Einige arbeiten Hand in Hand mit dem Profil zusammen. Andere sind Basisprotokolle für alle Bluetooth-Profile.
GAP - Generic Access Profile
SDP - Service Discovery Protocol
CMTP - CAPI Message Transport Protocol
BNEP - Bluetooth Network Encapsulation Protocol
RFCOMM - Serial Port Emulation
TCS - Telephony Control Specification
Anwendungen
ISDN
LAN
Serial
Modem
Telephone
Schnittstellen
CAPI
NIC
COM
AT
a/b
Profile
GAP
SDAP
CIP
PAN
SPP
DUN
CTP
Basisprotokolle
GAP
SDP
CMTP
BNEP
RFCOMM
TCS
Funkschnittstelle
L2CAP
Bluetooth-Profile
Die Profile in Bluetooth haben eine zentrale Bedeutung. Sie definieren den Aufbau und den Inhalt einer bestimmten Kommunikation in Abhängigkeit der Anwendung. Die Bluetooth-Profile erlauben die Zusammenarbeit der Bluetooth-Geräte auf der Anwendungsebene und garantiert die Zusammenarbeit von Bluetooth-Geräten unterschiedlicher Hersteller. Ein typisches Beispiel ist die Kommunikation zwischen Handy und Headset. Beide Geräte müssen nicht vom selben Hersteller kommen.
In einem Profil sind Regeln und Protokolle definiert. Der Benutzer hat dadurch den Vorteil, dass er die Endgeräte nicht manuell aufeinander abstimmen muss. Zusätzlich lässt Bluetooth mehrere Profile gleichzeitig zu.
Durch ein Profil bleibt das Gerät auf die für die spezifische Anwendung notwendigen Funktionen beschränkt. Dadurch bleibt es klein und stromsparend. Das bedeutet, das Gerät muss nur einen geringen Funktionsumfang besitzen und muss nicht alle erdenklichen Funktionen beherrschen.
Die Profile werden vom Bluetooth-SIG standardisiert.
Kürzel
Profil
Anwendung
GAP
Generic Access Profile
grundlegendes Verfahren zur Authentifizierung und Verbindungsaufnahme
A2DP
Advaced Audio Distribution Profile
drahtlose Stereoverbindung für Lautsprecher oder Kopfhörer
SDAP
Service Discovery Application Profile
Diensteabfrage, der gerade sichtbaren Nachbarn
CIP
Common ISDN Access Profile
ISDN-CAPI-Schnittstelle
PAN
Personal Area Network
Netzwerkverbindung mit Ethernet
SPP
Serial Port Profile
serielle Schnittstelle
DUNP
Dial-Up Networking Profile
Einwahl über GSM, UMTS, Analog-Modem oder ISDN in eine Netzwerk. Zum Beispiel für Internet-Zugang.
CTP
Cordless Telephony Profile
schnurlos Telefonie
HSP
Headset Profile
Funktionen für Headset und Freisprecheinrichtung (Steuerung der Audiokanäle und Lautstärkeregelung)
HCRP
Hardcopy Cable Replacement Profile
Drucken
HID
Human Interface Device
Tastatur- und Mausanschluss (Mensch-zu-Maschine-Schnittstelle)
GOEP
Generic Object Exchange Profile
Objektaustausch
HFP
Hands Free Profile
herstellerunabhängige Kommunikation zwischen Handy und Freisprecheinrichtung
FTP
File Transfer Profile
Dateiübertragung
BIP
Basic Imaging
Bildübertragung
BPP
Basic Printing Profile
Drucken über die parallele Schnittstelle
FaxP
Fax Profile
Senden und Empfangen von Fax-Nachrichten
IntP
Intercom Profile
Sprechfunk
PAN
Personal Area Network
drahtlose Kopplung mit Ethernet (LAN)
OPP
Object Push Profile
Termine und Adressen übertragen
SAP
SIM Access Profule
SIM-Karten-Zugriff
GAVDP
Generic AV Distribution
Audio- und Videoübertragung
AVRCP
Audio Video Remote Control
Audio/Video-Fernbedienung
ESDP
Extended Service Discovery Profile
erweiterte Diensteerkennung
LAP
LAN Access Profile
LAN-Zugriffe über PPP, IP, Peer-to-Peer, NetBIOS
SP
Synchronisation Profile
Synchronisation zwischen Geräten (PC, PDA, Handy, Smartphone) und Applikationen (Kalender, Adressbuch, E-Mail, Dateien)
HDP
Health Device Profile
Übertragung von Medizindaten
Health Device Profile (HDP)
Da Bluetooth den spezifischen Anforderungen der Medizintechnik genügt, eignet es sich zur Übertragung von Medizindaten. Speziell dafür wurde das "Health Device Profile" entwickelt, welches das erste branchenspezifische Profil ist.
Bluetooth bietet einige, für die Medizintechnik wichtige, Übertragungsprotokolle. Dazu gehört eine exakte zeitliche Synchronisation von mehreren verbundenen Sensoren und die parallele Übertragung von unterschiedlichen Daten
Die zentralen Anwendungsfälle sind das Patienten-Monitoring, sowie einige Anwendungen innerhalb von Krankenhäusern und Arztpraxen.
Die Nutzung von Bluetooth geht meist nicht ohne kleinere Reibereien von statten. Die Funktechnik setzt das einwandfreie Funktionieren der beteiligten Geräte voraus. Mit Geduld und experimentieren lassen sich jedoch nahezu alle Probleme lösen.
Bedenken sollte man auch die Reichweite, die durch Wände und Decken drastisch abnimmt. Im ein oder anderen Fall ist eine Kabelverbindung (z. B. USB) sicherer und stabiler.
Für eine schnelle, flexible und billige Verbindung zwischen verschiedenen Geräten verschiedener Hersteller ist Bluetooth die optimale Lösung.
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Kundenmeinung: Die Computertechnik-Fibel ist wirklich verständlich geschrieben, frei von Ballast und ein tolles Nachschlagewerk. Insgesamt ein sehr empfehlenswertes Buch.
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