Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis   

Inhaltsverzeichnis......................................................................................................................   II

1  Einführung.  3

1.1  Aufgabenstellung  3

1.2  Gegenstand der Arbeit.  3

2  Bluetooth - Eine Einleitung  4

2.1  Was ist Bluetooth?  4

2.2  Die Entstehung  4

3  Bluetooth - Die Technik  6

3.1  Der Bluetooth-Protokollstack.  6

3.1.1  Der Bluetooth-Controller  7

3.1.1.1  Radio Frequency (RF)  7

3.1.1.2  Das Basisband (Baseband)  9

3.1.1.3  Der Link-Manager (LM)  11

3.1.2  Das Host-Controller-Interface (HCI)  12

3.1.3  Der Bluetooth Host-Computer  13

3.1.3.1  Das Logical Link Control and Adaptation Layer Protocol  13

3.1.3.2  Das Service Discovery Protocol (SDP)  14

3.1.3.3  Das Cable Replacement Protocol RFCOMM  15

3.1.3.4  Telephony Protocols.  15

3.2  Die Bluetooth-Anwendungsprofile  16

3.2.1  Generic Access Profile (GAP)  17

3.2.2  Service Discovery Application Profile (SDAP)  17

3.2.3  Serial Port Profile (SPP)  17

3.2.4  Generic Object Exchange Profile (GOEP)  18

3.3  Ergänzendes zur Bluetooth-Technik  18

3.3.1  Die Bluetooth-Lösungen  18

3.3.2  Qualifizierung/ Zertifizierung der Geräte  18

4  Bluetooth - Anwendungen, Probleme, Zukunft  19

4.1  Aktuelle Bluetooth-Anwendungen und Entwicklungen  19

4.1.1  Einige aktuelle Bluetooth-Anwendungen  19

4.1.2  Das 5-Sekunden-Programm von Sony  20

4.1.3  Die Bluetooth-Spezifikation 1.2.  20

4.2  Probleme der Bluetooth-Technologie  20

4.3  Einbindung in mobile drahtlose Informationssysteme.  21

4.3.1  UPS und Bofrost rüsten um.  21

4.3.2  Bluetooth in der Automobilindustrie.  21

5  Schlussbemerkungen.  23

Abk  ürzungsverzeichnis  24

Abbildungsverzeichnis   25

Literaturverzeichnis.   26

Markus  Walter Seite  II

1 Einführung

1.1 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie anhand einer umfassenden Literaturanalyse den gegenwärtigen technischen Entwicklungsstand von Bluetooth und leiten Sie dessen künftige Entwicklungstendenzen ab. Stellen Sie dar, welche typischen Anwendungen es gegenwärtig für Bluetooth - Lösungen gibt und diskutieren sie deren Einbindung in mobile drahtlose Informationssysteme.

1.2 Gegenstand der Arbeit

Diese Arbeit soll einen grundlegenden Einblick in die Bluetooth-Technologie bieten. Dabei werden technische Aspekte von Bluetooth, wie Protokolle und Übertragungstechniken, aber auch aktuelle Einsatzgebiete und Entwicklungen dieser relativ jungen Technologie betrachtet. Es ist zu beachten, dass in dieser Arbeit weitgehend nur die wichtigsten Bestandteile von Bluetooth erläutert werden.

Zunächst werden die Grundlagen der Bluetooth-Technologie erläutert. Anschließend folgt ein umfassender Überblick der technischen Aspekte. Im Kapitel 4 werden aktuelle Anwendungen und Perspektiven aufgezeigt.

2 Bluetooth - Eine Einleitung

2.1 Was ist Bluetooth?

Bluetooth ist ein Funkverfahren, welches es ermöglicht, Geräte über eine weltweit standardisierte Schnittstelle miteinander zu verbinden. Glaubt man den Marketingstrategien vergangener Tage, so beschreibt diese Technik die ultimative Lösung für drahtlose Netzwerke und Anwendungen. [Wollert 2002, S.15]

Bluetooth definiert eine universelle Schnittstelle im 2,4 Gigahertz (GHz) Industrial-Scientific-Medical-Band (ISM-Band). Dieses ist in vielen Ländern der Welt lizenzfrei und stellt 23 beziehungsweise 79 Kanäle im Abstand von einem Megahertz (MHz) zur Verfügung. Bei dieser Funktechnik wird nur mit einigen 100 Milliwatt gesendet, natürlich ist die Reichweite dadurch auf 10-100 Meter eingeschränkt. Auch der Datendurchsatz von ungefähr einem Megabit pro Sekunde ist recht gering, zu Recht könnte man sich die Frage stellen, ob dieses Verfahren wettbewerbsfähig ist.

Bei der Entwicklung lag der Schwerpunkt sehr lange auf der Computertechnik. Bluetooth sollte Verwendung in mobilen Geräten finden, diese sind auf Stromquellen wie Akkumulatoren oder Batterien angewiesen. Deshalb spielte bei Bluetooth der Low-Power-Effekt vom Anfang an eine sehr große Rolle.

Mittlerweile hat der Einsatz von Bluetooth die Grenzen der Computerwelt weit überschritten, worauf später besonders eingegangen werden soll.

Doch woher kommt der Name Bluetooth? Hier gibt es mittlerweile eine Vielzahl von Mythen. Eine Geschichte hat sich im Laufe der Zeit besonders etabliert. Es wurde ein nordischer Stammeskönig, Harald Blaatand, als Leitfigur ausgewählt. Harald, Sohn von Gorm dem Älteren und Thyra Danebod war von 940 bis 981 König von Dänemark und christianisierte in dieser Zeit die Dänen, aber auch die Norweger. Diese Orientierung an einem nordischen Stammesfürsten ist sehr wahrscheinlich auf das starke Engagement von Ericsson und Nokia an der Entwicklung von Bluetooth zurückzuführen.

2.2 Die Entstehung

Im Jahr 1994 begann die Firma Ericsson mit der Entwicklung einer funkbasierenden Datenübertragung. Dabei setzte man sich das Ziel, eine Schnittstelle zu schaffen, welche klein und preiswert ist. Darüber hinaus sollten alle Kabelverbindungen ersetzt werden (Cable Replacement). Man sprach von einer Ablösung des Infrarot-Standards, es sollten keine optischen Verbindungen mehr nötig sein und höhere Übertragungsreichweiten möglich werden. Weiterhin machte man es sich zur Aufgabe, in diesem Verfahren eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung zu integrieren. Gegenstand der Forschung war es, verschiedenste Geräte an das Mobilfunknetz und an das Internet zu anzuschließen. Diese Studie blieb selbstverständlich nicht ohne Resonanz. Im Mai 1998 kam es zur Gründung der Special Interest Group (SIG). Die Firmen Ericsson, Nokia, Intel, IBM und Toshiba verbündeten sich, um einen weltweit einheitlichen Standard zu schaffen. Das Ergebnis dieses Zusammenschlusses ließ nicht lange auf sich warten. Bereits im Juli 1999 wurde die Bluetooth-Spezifikation 1.0 veröffentlicht. Sie bestand aus zwei Dokumenten, der über 1000 Seiten starken Bluetooth Core Specification zur technischen Beschreibung der

Protokolle und der Bluetooth Profile Documentation. Letztere spezifiziert die Anwendung der Technologie sowie die Verwendung der Protokolle und hatte einen Umfang von 440 Seiten. Später entstand für Bluetooth ein eigenes Markenzeichen (Logo) und ein Bluetooth-Schriftzug. Das Logo besteht aus den Buchstaben H und B, für Harald Blaatand. Erst nach der Qualifizierung eines Produktes und der nachfolgenden erfolgreichen Abnahme ist ein Hersteller autorisiert, dieses Logo zu verwenden. Im Kapitel 3.3.2 wird dies näher erläutert.

Abb. 2-1: Das Bluetooth-Logo [The Official Bluetooth Website]

3 Bluetooth - Die Technik

3.1 Der Bluetooth-Protokollstack

Bei der Funktechnik müssen ein Vielzahl von Aufgaben, Funktionen und Ereignissen abgedeckt werden. Deshalb ist selbstverständlich auch der Bluetooth-Protokollstack sehr umfangreich. Es ist möglich, bei diesem vier Funktionsbereiche zu identifizieren, welche im Folgenden kurz erläutert werden.

1. Der hardwarenahe Teil

Hier werden die grundlegenden Protokolle der Bluetooth-Spezifikation abgebildet, bestehend aus dem Hoch-Frequenz-Bereich (HF-Bereich), dem Basisband und dem Linkmanager. Dadurch wird die notwendige Firmware des Bluetooth-Controllers beschrieben.

2. Der Übergang von Bluetooth-Controller zum Hostrechner

An dieser Stelle muss eine Schnittstelle vom Host, beispielsweise einem Mobiltelefon zum Bluetooth-Controller definiert werden. Diese Schnittstelle wird im Host-Controller-Interface (HCI) beschrieben. 3. Die Zugriffsebene auf dem Host-System

Die Logical Link Control and Adaptation Protocol Schicht (L ² CAP-Schicht) bietet die entsprechende Zugriffsebene. Durch die Bereitstellung virtueller Kommunikationskanäle wird die Grundlage jeglicher Kommunikation bereitgestellt. Um in einem Ad-hoc-Netzwerk bereitgestellte Dienste aufspüren zu können, ist an dieser Stelle ebenfalls das Service Discovery Protocol (SDP) implementiert. 4. Die Hostprotokolle

Zuletzt fehlen solche Protokolle, die auf dem Hostsystem eine Anwendungsschicht zur Verfügung stellen. Das Cable Replacement Protocol (RFCOMM) stellt dem Hostsystem klassische serielle Schnittstellen zur Verfügung. Die Steuerung von Telefondiensten wird durch Telephony Control Protocols unterstützt. [Wollert 2002, S. 47 f.]

Es wird in diesem Kapitel die Technologie von Bluetooth in drei Ebenen mit deren wichtigsten Bestandteilen dargestellt. Die Punkte drei und vier werden im Folgenden gemeinsam unter der Überschrift „Der Bluetooth Host-Computer“ behandelt. Abb. 3-1 zeigt die Zusammenhänge des Bluetooth-Protokollstacks auf.

Abb. 3-1: Der Bluetooth-Protokollstack [Beecks 2002]

3.1.1 Der Bluetooth-Controller

3.1.1.1 Radio Frequency (RF)

Radio Frequency (RF), oder auch Hoch Frequenz (HF), beschreibt die Funktechnik, welche bei Bluetooth verwendet wird. Sie wird in der untersten Protokollschicht definiert. Zum Verständnis dieses Teils des Bluetooth-Controllers werden folgend das von Bluetooth benutzte Industrial-Scientific-Medical-Band (ISM-Band), die Modulation und die Eigenschaften des Senders und des Empfängers näher betrachtet.

Zur Übertragung nutzt Bluetooth das in Deutschland lizenzfreie ISM-Band. Dies sind Frequenzbereiche, welche für allgemeine Aufgaben verwendet werden. Speziell wird an dieser Stelle der 2,4 GHz-Bereich verwendet. Da das ISM-Band frei verfügbar ist, treten