Bluetooth. Funktionsweise und Anwendungen PGP, VIII/05

Transkript

1 Bluetooth Funktionsweise und Anwendungen

2 Historie Erdacht etwa 1997 wurde das Prinzip 1998 serienreif Kurzstreckenfunk Ursprünglich: Ersatz für Peripherieanschlüsse Bluetooth-SIG SIG-Gründer: : Ericsson, Nokia, Toshiba, IBM, Intel Zur Zeit sind über 2000 Unternehmen in dieser Special-Interest-Grouproup 2

3 Der Name Harald Blauzahn war König von Dänemark einte in dieser Zeit das Reich. Bluetooth sollte eine ähnlich nahtlose Integration von Peripheriegeräten leisten und eine Vielzahl von Schnittstellen ersetzen. 3

4 Unterstützung Betriebssysteme (ohne Treiber): Mac OS/X Linux MSWindows XP Service Pack 2 Palm/OS Windows ab 9x über Treiber Diverse Hardware 4

5 Andere drahtlose Verbindungen DECT Digital Enhanced Cordless Communication Beschränkt auf Telefonie Allerdings: analog und ISDN IrDA - Infrarot Auf Sichtverbindung angewiesen IEEE WLAN HomeRF - analog 5

6 Bluetooth-Geräte 6

7 7

8 Leistungsklassen & Frequenzen 2,4 GH Band: ISM (Industrie, Science, Medicine) Lizenzfreie Nutzung 79 Kanäle von je 1MHz Bandbreite (Japan, Spanien & Frankreich: 23 Kanäle) Ad-hoc hoc-verbindung Abhörsicher Sendeleistung: DECT & WLAN 300 mw BT: 1, 2.5, 100 mw (10, 50, 100m; Klassen 3, 2, 1) 8

9 Prinzip Entwickelt für stark gestörte Umgebungen: Frequency-hopping hopping: : 1600 mal/sekunde Kleine Pakete, Freq.-Wechsel nach jedem Paket Großer overhead overhead in den Paketen, aber nur wenige Wiederholungssendungen notwendig Max Byte Nutzlast pro Paket, es können aber auch 0 Byte sein! 9

10 Übertragungen Forward Error Correction falls nötig Schützt die Paket-Header vor Zerstörung Und: Cycle Redundancy Check Synchrone & asynchrone Datenübertragungsmodi pro Anwendung: 1 asynchroner Kanal - oder 3 simultane synchrone Kanäle (je 64 kbit/s) - 1 asynchroner + 1 synchroner Kanal oder 10

11 Asynchrone Kanäle: Variante 1 (asymmetrische Ausführung) : 723 kbit/s in der einen und 57,6 kbit/s in der anderen Richtung Anwendungen: Surfen, Fernsteuern, Variante 2 (symmetrische Ausführung): in beide Richtungen je 432,6 kbit/s Anwendungen: Netzwerk, 11

12 Bluetooth-Verbindungen Paket- und leitungsorientiert ist möglich Jedes Paket belegt 1 bis 5 slots (zu 625 µs) Slots lassen sich reservieren (Sprachverbindungen!) Punkt-zu zu-punkt- und Punkt-zu zu-multipunkt- Verbindungen sind möglich Neuartig: dezentrale & selbstorganisierende Netze 12

13 Master-Slave Slave-Prinzip(ien) 2 8 BT-Einheiten können sich (bei gegebener Freischaltung) einen Kanal teilen und ein Piconetz bilden 1 Master gibt ein Freqequency-Hopping vor und bis zu 7 aktive Slaves partizipieren Beliebig viele weitere passive Slaves können mithorchen Jedes BT-Gerät hat eine MAC-Adresse Adresse 13

14 Neuartige Netzwerke Mehrere Pico-Netze können ein Scatternetz Scatternetz bilden Überlappungen sind möglich Jedes Netz hat nur einen Master (Taktvorgabe) Slaves können an verschiedenen Piconetzen partizipieren (Zeitmultiplexschema) Der Master eines Piconetzes kann Slave in einem anderen sein 14

15 Punkt-zu zu-punkt/-multipunkt Punkt-zu zu-punkt-verbindung: ein Master und ein Slave Synchron, leitungsorientiert,, verwendet reservierte Slots Z.B. Telefoniedienst,, Punkt-zu zu-multipunkt-modus: Ein Master, mehrere Slaves Asynchrone, verbindungslose Kommunikation Kombination für gleichzeitige Sprach- und Daten- übertragung möglich 15

16 Stromsparen 3 Betriebszustände: hold, spark, standby Leistungsaufnahme hier: 50, 50, 300 µa Leistungsaufnahme max. Sendeleistung: 300 µa Im Standby-Mode horcht jedes Gerät alle 1,28s die Umgebung ab. Mit einem Page-Ruf wird ein Gerät zum Master und weckt die anderen Master kann andere in den hold-modus schicken 16

17 Integration von IrOBEX Object ject-exchange-model Stammt von IrDA Austausch von Visienkarten,, Terminen etc. für PDAs,, Handys, PCs Ist von vorneherein in BT integriert Jedes IR-Gerät wird also durch Hinzunahme eines BT-Chips zumindest in dieser Hinsicht BT-fähig fähig. 17

18 Sicherheit Authentifizierung und Verschlüsselung schon im physical layer : Ein-/Zweiwegeverfahren Challenge-Response Response-Algorithmus Man kann sie aber weglassen Schlüssellängen bis 64 Bit auf Anwendungsebene Sonst: VPN o.ä.. verwenden. 18

19 Geräteklassen 1 Audio: Headset/Kopfhörer/ /Kopfhörer/Player/Car Kit/ Fernsprecheinrichtung Drucker-Erweiterung Eingabe: Maus/Tastatur/Joystick Fernbedienung Handy Notebook PC 19

20 Geräteklassen 2 PC-Erweiterung: CF-/ PC-Card Card,, PCI, seriell, USB PDA PDA-Erweiterung Erweiterung: CF-/PC /PC-/SDIO-Card, Springboard Peripherie: Drucker, Projektor, Scanner, Fax Schnurlos-Telefonie : Basisstation/Telefon 20

21 Geräteklassen 3 Surf-Geräte/ Geräte/Access-Points: DSL/ISDN/LAN/PAN Video: Camcorder/Digi Digi-Cam/Player Sonstiges 21

22 Nutzungsmöglichkeit Jede Nutzungsmöglichkeit heißt bei BT ein Profil Profile legen fest, wie bestimmte BT-Protokolle mit ihren Parametern herstellerunabhängig genutzt werden können Die meisten Profile sind sender- und empfängerseitig unterschiedlich implementiert z.b. Dial-Up Up-Network: : Terminal + Gateway Gateway 22

23 Profile A2DP: Advanced Audio Distribution Profile AVTCP: Audio/Video Control Transport Protokoll AVDTP: Audio/Video Distribution Transport Protokoll AVRCP: Audio Video Remote Control Profile BIP: Basic Imaging Profile (nur für JPG-Bilder Bilder!) BNEP: Bluetooth Network Encapsulation Protokoll BPP: Basic Printing Profile CIP: Common ISDN Access Profile CTP: Cordless Telephony Profile 23

24 mehr Profile DUN: Dialup Networking Profile ESDP: Enhanced Service Discovery Profile FaxP: Fax Profile FT: File Transfer Profile GAP: Generic Access Profile GAVDP: Generic Audio Video Distribution Profile HFP: Hands-Free Profile Headset: Headset-Profile HCRP: Hardcopy Cable Replacement Profile 24

25 die letzten Profile HID: Human Interface Device Profile IntP: Intercom Profile (Punkt( Punkt-zu-Punkt-Verb.) LAP: LAN Access Profile (Verb. zu TCP/IP) OPP: Object Push Profile PAN: Personal Area Networking (ad-hoc-netz) SDAP: Service Discovery Application Profile SAP: SIM Access Profile SPP: Serial Port Profile Sync: : Synchronisation Profile 25

26 Beispiel: Widcomm Widcomm-Stack Unterstützte Profile / Kombinationsmöglichkeiten Audio: A2DP-SRC 1 passende Gegenstelle AVRCP-TG noch nicht bekannt Headset-AG 22 passende Gegenstellen Headset-HS HS 3 passende Gegenstellen Dateiübertragung: FT-Client 38 passende Gegenstellen FT-Server 34 passende Gegenstellen Fax:Fax Fax-DT 43 passende Gegenstellen Fax-GW 33 passende Gegenstellen Foto:BIP BIP-ImagePushImagePush noch nicht bekannt Internet/LAN: DUN-DT DT 55 passende Gegenstellen DUN-GW 56 passende Gegenstellen LAN-AP AP 37 passende Gegenstellen LAN-DT 37 passende Gegenstellen PAN-AP AP 32 passende Gegenstellen PAN-Group 35 passende Gegenstellen PAN-User 32 passende Gegenstellen Print: HCRP-Client Client 5 passende Gegenstellen Serielle Kopplung: Serial-DevA 20 passende Gegenstellen Serial-DevB 25 passende Gegenstellen Steuerung: HID-Host Host 10 passende Gegenstellen Synchronisation: Sync-Client 27 passende Gegenstellen Sync-Server Server 23 passende Gegenstellen Visitenkarten/Termine: OPP Client 18 passende Gegenstellen OPP Server 13 passende Gegenstellen Generisch GAP SDAP 26

27 Beispiel: AVM-Adapter Adapter Blue-Fritz BlueFRITZ!! USB v2.0 Bluetooth-Profile Profile: Bluetooth-Profil für ISDN (CIP) Profil für spontane Funknetze (PAN) Kabellose serielle Schnittstelle (SPP) Internetzugang über Modem (DUN) Druckanwendungen (HCRP) Headset-Audioverbindungen (HSP) Objektaustausch (OPP und FTP) Telefonie-Profil (CTP) Audio-Stereo Stereo-StreamingStreaming (A2DP) 27

28 Die BT-Umgebung auf dem PC 28

29 Meine Bluetooth-Dienste 29

30 Geräteerkennung 30

31 (Paarweise) Verbindung aufbauen Gerät fragt an und wird erkannt Es wird eine beliebige vierstellige nummerische PIN von beiden Geräten eingegeben Verbindung wird aufgebaut Einige Geräte (ohne Tastatur) haben hier eine feste PIN 31

32 Verbindungsaufnahme Handy 32

33 Verbindungsaufnahme PDA 33

34 Verbindungsaufnahme Headset 34

35 XP SP2 und der Widcomm-Stack Windows XP erkennt nicht alle Möglichkeiten aller BT-Geräte Speziell Widcomm ist ein Problem durch nicht zertifizierte Treiber Abhilfe: 35

36 Treiber-Wechsel 36

37 und alles ist wieder gut! 37

38 Anwendungssoftware Bluetooth-Remote Remote-Control Locken des PCs, unlock bei Annäherung Beamen von Bildern direkt auf den PC PC-Control Control Send-File (beliebige Dateien direkt ans Handy senden) Chat- und Pager-Software (ohne Telefonkosten) 38

39 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Quellen: Materialien der Bluetooth-SIG, c t (Heise-Verlag), Gerätemanuals 39