Bluetooth

Letztmalig dran rumgefummelt: 14.06.18 15:39:23

	Bluetooth  ist ein in den 1990er-Jahren durch die Bluetooth SIG entwickelter Industriestandard gemäß IEEE 802.15.1 für die Funkvernetzung von Geräten über kurze Distanz (WPAN). Teile der Technologie gehen auf eine Funktechnologie zurück, die ursprünglich durch den niederländischen Professor Jaap Haartsen und den Schweden Dr. Sven Mattisson für Ericsson entwickelt wurden. Andere Teile wurden vor allem von Nokia und Intel entwickelt. Bluetooth bildet dabei die Schnittstelle, über die sowohl mobile Kleingeräte wie Mobiltelefone und PDAs als auch Computer und Peripheriegeräte miteinander kommunizieren können. Hauptzweck von Bluetooth ist das Ersetzen von Kabelverbindungen zwischen Geräten.
	1. Technisch-Historischer Hintergrund 2. Entwicklung von Blue Tooth 3. Nachteile von Netzwerken 4. Netzwerkstrukturen 5. Weblinks 6. Verwandte Themen
	Netware Bluetooth-Logo begrenzt verwendbar - selbst aufpassen, ab welcher Stelle es Blödsinn wird ;-) Wissen für Fortgeschrittene der Informatik

1. Technisch-Historischer Hintergrund

	Bluetoothgeräte senden als Short Range Devices in einem lizenzfreien ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band) zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz. Sie dürfen weltweit zulassungsfrei betrieben werden. Störungen können aber zum Beispiel durch WLANs, Schnurlostelefone oder Mikrowellenherde verursacht werden, die im gleichen Frequenzband arbeiten. Um Robustheit gegenüber Störungen zu erreichen, wird ein Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping) eingesetzt, bei dem das Frequenzband in 79 verschiedenen Frequenzstufen im 1-MHz-Abstand eingeteilt wird, die bis zu 1.600mal in der Sekunde gewechselt werden. Es gibt jedoch auch Pakettypen, bei denen die Frequenz nicht so oft gewechselt wird (Multislot-Pakete). Am unteren und oberen Ende gibt es jeweils ein Frequenzband als Sicherheitsband (Guard Band) zu benachbarten Frequenzbereichen. Theoretisch kann eine Datenübertragungsrate von 706,25 kb/s beim Empfang bei gleichzeitigen 57,6 kb/s beim Senden erreicht werden (asymmetrische Datenübertragung). Seit der Version 2.0 + EDR können Daten durch EDR (Enhanced Data Rate) maximal etwa dreimal so schnell übertragen werden, also mit rund 2,1 Mb/s. Bereits seit Version 1.1 kann ein Bluetooth-Gerät gleichzeitig bis zu sieben Verbindungen aufrechterhalten, wobei sich die beteiligten Geräte die verfügbare Bandbreite teilen müssen (shared medium). Bluetooth unterstützt die Übertragung von Sprache und Daten. Allerdings können die meisten Geräte während der Übertragung von Sprache aufgrund der synchronen Verbindung lediglich drei Teilnehmer in einem Piconet verwalten. Eine Verschlüsselung der transportierten Daten ist ebenfalls möglich.
	Woher kommt Bluetooth? Bluetooth wurde in den 1990er Jahren von Ingenieuren der Firma Ericsson Mobile in Schweden entwickelt. Das Ziel war, das Kabel zwischen Handy und Kopfhörer loszuwerden. Der 1998 offiziell gegründete Industrieverband Bluetooth Special Interest Group (SIG) hat das Protokoll spezifiziert und standardisiert. Das erste bluetooth-kompatible Portable mit zugehörigem Headset kam im Jahr 2000 auf den Markt.
	Woher stammt der seltsame Name „Bluetooth"? Die Bezeichnung stammt vom Spitznamen des dänischen Königs Harald Blätand aus dem 10. Jahrhundert. Blätand vereinigte einen großen Teil der dänischen Stämme ... und mochte Blaubeeren so gerne, dass er immer blaue Zähne hatte. Das Bluetooth Logo ist eine Ligatur seiner Initialen H und B im Runenalphabet!
	Bluetooth ist jetzt 20 Jahre alt, warum ist es immer noch so interessant? Aus zwei Gründen: Bluetooth ist seit langem das am weitesten verbreitete Funkprotokoll der Welt. Mehr als 3 Milliarden Bluetooth-Geräte verlassen jedes Jahr die Fabriken! Zweitens entwickelt sich Bluetooth immer weiter. Jede neue Version hat neue Funktionen und ist dennoch beeindruckend kompatibel mit älteren Versionen.

2. Entwicklung von Blue-Tooth

	Schon seit den späten 80ern gibt es verschiedene Bestrebungen, das Kabelgewirr rund um eine Computerinstallation durch Funkperipherie (z. B. Funktastaturen, Drucker mit Infrarotschnittstelle etc.) zu vermeiden. Verschiedene Unzulänglichkeiten (hoher Stromverbrauch, gegenseitige Störungen, usw.) und vor allem fehlende Standards verhinderten den Durchbruch dieser Anfänge. Damals war neben der Funktechnik die Infrarottechnik sehr beliebt, und es sah so aus, als ob sich letztere durchsetzen würde. Um ein herstellerübergreifendes Protokoll zu entwickeln, schlossen sich im August 1993 ca. 30 Unternehmen (darunter HP, IBM, Digital) zusammen und gründeten die Infrared Data Association (IrDA). Ziel war es, ein einheitliches Protokoll für die Datenübertragung per Infrarot zu schaffen. Zahlreiche Erkenntnisse aus der IrDA-Entwicklung flossen später auch in den neugewonnenen Bluetooth-Funkstandard ein. Doch hatte die IrDA-Technologie mit einem zentralen Nachteil zu kämpfen: der erforderliche Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger. Daher wurde 1994 die Firma Ericsson mit einer Machbarkeitsstudie beauftragt, die einen funkbasierten Ersatz für Kabelverbindungen finden sollte. Die Studie lieferte ein positives Ergebnis, und 1998 gründeten Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba und Intel die Bluetooth Special Interest Group (SIG) zur Ausarbeitung eines Standards, der verbindliche Spezifikationen festlegte. Als erste finale Spezifikation veröffentlichte die SIG Version 1.0a im Juli 1999, Version 1.0b folgte im Dezember desselben Jahres. Erst im Februar 2001 wurde der Standard in der Version 1.1 vorgelegt. Dieser galt als die erste solide Basis für marktgerechte Produkte, da die Vorversionen eine Reihe von Ungenauigkeiten und Fehlern aufwiesen. Die Namensgebung „Bluetooth“ ist eine Hommage an den im 10. Jahrhundert lebenden dänischen Wikingerkönig Harald Blauzahn, der für seine Kommunikationsfähigkeit weitbekannt war. Harald Blåtand hatte Dänemark weitgehend christianisiert und vereint. Der Name „Bluetooth“ war ursprünglich ein Codename für die entwickelte Technologie, der später mangels guter Alternativen auch als Markenname verwendet wurde. Die Wahl eines skandinavischen Namensgebers erfolgte aufgrund der hohen Beteiligung der Firmen Ericsson und Nokia an der Bluetooth-Entwicklung.
	... die Runen von König Harald ... die Bluetooth-Standards Haralds Runen als Logo für den Bluetooth-Standard Übersicht der Bluetooth-Standards
	Welche Eigenschaften hat Bluetooth auf technischer Ebene? Bluetooth ist ein ziemlich komplexes Protokoll, basiert aber auf einfachen Konzepten. Zum einen nutzt es das ISM-Frequenzband 2,4...2,48 GHz, das weltweit lizenzfrei genutzt werden darf. Es verwendet schnelles Frequency Hopping: Das Band besteht aus 79 1-MHz-Kanälen, die vom Bluetooth-Funkgerät 1600 Mal pro Sekunde in einer pseudozufälligen Kanalsequenz geändert werden. Ein Mechanismus namens AFH (Adaptive Frequency Hopping) sorgt dafür, dass Kanäle weitestgehend vermieden werden, die andere Funksysteme wie WiFi/WLAN verwenden. Ein Bluetooth-Netzwerk, Piconet genannt, weist eine Sterntopologie auf, die aus einem Master (normalerweise dem Smartphone) und bis zu sieben gleichzeitig mit dem Master kommunizierenden Slaves besteht. Die Basis-Bitrate beträgt je nach Version 1...3 Mbps. Bluetooth kennt High-Level-Anwendungsebenen für die Übertragung von Audio, Daten und so weiter mit allem, was notwendig ist, damit Geräte die Eigenschaften ihrer Alter Egos nur über standardisierte Profile erkennen können.
	Was ist Bluetooth Low Energy (oder BLE), was sind die Unterschiede zu Bluetooth? Bluetooth wurde für die Übertragung von Audiodaten erfunden, BLE (das von der Nokia-Initiative Wibree stammt) zielt auf batteriebetriebene Geräte wie vernetzte Uhren oder Sensoren mit niedrigen Datenraten und sehr geringer Leistung ab. BLE ist eine Variante von Bluetooth seit der Version 4.0 und wurde in späteren Versionen weiter verbessert. In wenigen Worten: BLE verwendet nur 40 Kanäle und nur drei Broadcast-Kanäle, um Peripheriegeräte zu detektieren. Dies macht die Sache erheblich einfacher. Die Applikationsprofile wurden mit einem Modell namens GATT (Generic ATTtribute profile) ebenfalls vereinfacht.
	BLE Beacons ... was ist denn das? Beacons (Baken) nutzen eine Art BLE, die auf das Wesentliche beschränkt wurde. Es handelt sich um ein Gerät, das sich periodisch auf den drei Sendekanälen meldet. Das Ganze kann verwendet werden, um sich selbst zu lokalisieren (zum Beispiel mit einer Bake in jedem Raum). Oder um das Vorhandensein eines Objekts oder einer Person zu erkennen, das/die mit einer Bake ausgestattet ist. Neben einer ID können Beacons auch Daten von angeschlossenen Sensoren versenden. Es wird viel über Hacking geredet. Wie sicher ist die Bluetooth-Kommunikation? Es gab eine Menge Gerede über einen Security-Fehler tief in den Spezifikationen des klassischen Bluetooth-Protokolls (nicht BLE). Der Fehler wurde aber schnell behoben. Grundsätzlich sind BLE und Bluetooth einigermaßen sicher, insbesondere seit der Version 4.2, die mit einem auf soliden kryptographischen Prinzipien beruhenden LE Secure-Connection-Modus ausgestattet wurde. Aber man muss diesen Modus auch bewusst aktivieren, da seine Verwendung optional ist. Am problematischsten ist die Phase des anfänglichen Pairings: Wenn vom Benutzer kein Code angefordert wird (was ja eine Tastatur und/oder einen Bildschirm erfordert), muss dieses Pairing unbedingt durchgeführt werden, ohne dass ein Hacker mithören kann. Ist dies nicht gewährleistet, dann ist die Sicherheit aller weiteren Kommunikation gefährdet. Koppeln Sie also Ihr neues Gadget nicht mitten im Einkaufszentrum mit Ihrem Smartphone...
	Die neuste Version Bluetooth 5.0 scheint eine schnellere und weiterreichende Kommunikation zu ermöglichen. Stimmt das? Ja und Nein. Bluetooth 5.0 besitzt einerseits einen schnellen Modus (2 Mbps gegenüber aktuell 1 Mbps von BLE) und andererseits einen Long-Range-Modus (kodierter PHY mit 125 Kbps, aber einer effektiv verdoppelten Reichweite). Aber wie oft ist es eine Wahl zwischen Wurst und Käse: entweder schnell und nah oder langsam und weit. Allerdings sind beide Modi optional. Daher kann ein Gerät durchaus mit V5.0 spezifiziert sein und ist dennoch nicht besser als eines mit Version 4.2. Es ist sinnlos, der neuesten Version der Spezifikationen zu entsprechen und gleichzeitig keine der optionalen Funktionen einzusetzen. Also Achtung vor aufgeblasenen Werbesprüchen! Lies das Kleingedruckte!
	Sind weitere große Fortschritte von Bluetooth zu erwarten? Ja, Bluetooth Mesh ist schon spezifiziert und wird demnächst verfügbar. Diese Verbesserung ist unabhängig von der aktuellen Version (sie kann von Bluetooth 4.2 oder 5.0 unterstützt werden) und ermöglicht größere Reichweiten eines BLE-Netzwerks durch die Weiterleitung von Nachrichten zwischen den Geräten. Diese neue Version ist besonders für die Home-Automation geeignet; hierzu gehören auch neue Applikationsprofile für vernetzte Lampen, Schalter und so weiter, die nicht mit Standard-BLE kompatibel sind. Bluetooth Mesh wird zur ernsthaften Konkurrenz für Zigbee, das diese Marktnische seit vielen Jahren besetzt hält.
	Verlassen wir die technischen Aspekte. Es scheint, dass man bezahlen muss, um ein Bluetooth-Produkt zu verkaufen. Ist das wahr? So ist es. Wenn Sie das Bluetooth-Logo auf Ihrem Produkt anbringen möchten, müssen Sie sich an die Bluetooth SIG wenden (dieser Teil ist kostenlos), Ihr Produkt auf der Website deklarieren, ein langes Formular ausfüllen, das detailliert die verwendeten Bluetooth-Funktionen beschreibt, eine Reihe von Kompatibilitätstests durchführen (mit einem automatischen Testgenerator, den freundlicherweise die Bluetooth SIG zur Verfügung stellt) und schließlich je nach Art des Produkts eine Gebühr zwischen 2500 $ und 8000 $ bezahlen. Dazu kommen noch andere Kosten wie für den Kauf einer Reihe von MAC-Adressen von der IEEE oder für eine Nummer, um Ihr eigenes GATT-Profil (2500 $) zu erstellen. Die einzige Möglichkeit, dass Sie nichts bezahlen müssen, ist, niemandem zu verraten, dass Bluetooth in Ihrem Produkt steckt. Aber wie sollen Sie dem Kunden beispielsweise erklären, wie er Ihr Produkt mit seinem Smartphone verbinden soll? All dies geht weit über die Kosten von CE-Konformitätsprüfungen hinaus. Aber wenn Sie Bluetooth-Module verwenden, die bereits zertifiziert ist, dann ist das alles nicht notwendig, oder? Das ist absolut falsch, und das schon seit einigen Jahren. Zwar bedeutet in den meisten Fällen die Verwendung eines vorzertifizierten Moduls, dass Sie sich dem Bluetooth-Test nicht unterziehen müssen, aber Sie müssen Ihr Produkt bei der Bluetooth SIG anmelden und die 2500...8000 $ zahlen, um das Recht zu haben, von Ihrem Produkt zu sagen, es hätte Bluetooth. Werfen Sie einen Blick auf die FAQ auf bluetooth.com! Was hält die Zukunft für Bluetooth bereit? Bluetooth wird in allen 2018 hergestellten Smartphones und in einer beträchtlichen Anzahl anderer Produkte verwendet: Es wird also das dominierende Protokoll bleiben. Smartphones werden zu einer Art Universalfernbedienung und sogar PCs ersetzen. Bluetooth ist das wesentliche Protokoll für die Interaktion mit Smartphones. Es gibt keine andere Lösung außer WLAN oder NFC, doch diese Protokolle sind für andere Anwendungen gedacht. Wahrscheinlich wird BLE kurzfristig das klassische Bluetooth für alle Anwendungen einschließlich Audio ersetzen. Bluetooth 5.0 wiederum wird BLE erheblich verkomplizieren, aber die Anwendungsbereiche stark erweitern. Und die Zukunft wird zeigen, ob Bluetooth Mesh ein Erfolg wird oder nicht...

3. Nachteile von Netzwerken

	Heute spielen wie niemals zuvor Sicherheitsfragen einen alles entscheidende Rolle. Und genau hier haben Netzwerke einen ihrer Hauptschwächen. Leider sind dabei nicht einmal die Netzwerke selbst die Ursache von Angriffen - diese sind gar nicht so einfach, wie immer dargestellt - vielmehr sind dies die unbedarften Nutzer.

4. Netzwerkstrukturen

	Grundsätzlich kann man Netzwerke nach zwei Methoden aufbauen: als so genannte Ringe oder als Ketten. Selten nur sind Computer direkt miteinander verbunden - immer häufiger spielen Server hierbei eine entscheidende Rolle
	Ringstrukturen
	Kettenstrukturen

5. Weblinks

	http://www.zdnet.de/glossar/0,39029897,70008870p-39001641q,00.htm

6. Verwandte Themen

	Datenübertragungsverfahren W-LAN - also das Wireless-LAN

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© Frank Rost 7. Oktober 2009