Kurzstrecken-Funkverbindung für vielfältigen Nutzen

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1 Bluetooth TM Kurzstrecken-Funkverbindung für vielfältigen Nutzen Jan Endresen, Torkil Brunsvik, Håkon Beckman, Snorre Kjesbu Wer hat nicht schon einmal einen Blick auf das Kabelgewirr hinter der Stereoanlage oder dem PC geworfen und sich gefragt, wie schön doch die Welt wäre, wenn kabellose Verbindungen dies alles ersetzen würden? Auch die Industrie beschäftigt sich inzwischen intensiv mit dieser Idee. Denn wenn die Verkabelung von HiFi-Anlagen bereits so manche Besitzer vor Probleme stellt, was erleben dagegen erst die armen Wartungstechniker, die sich bei der Reparatur einer defekten Fertigungsmaschine oft durch Hunderte oder gar Tausende von Sensordrähten, Daten- und Steuerkabeln sowie Stromleitungen finden müssen. Ein neuer offener Standard für drahtlose Kurzstrecken-Funkverbindungen mit der Bezeichnung Bluetooth TM soll nun die lang ersehnte Abhilfe bringen. Die Bluetooth-Technologie, die nicht nur einfach zu installieren ist, sondern zudem ein weltweit lizenzfrei zugängliches Frequenzband nutzt, ist auf dem besten Weg, die Kommunikation innerhalb der Industrie zu revolutionieren. ABB gehört zu den mehr als 2000 Unternehmen weltweit, die die Bluetooth-Technologie begierig aufgegriffen haben, und alle bisherigen Versuche deuten auf eine vielversprechende Zukunft für diesen neuen Standard hin. D ie Beschreibung der Einsatzmöglichkeiten für Bluetooth gleicht einem Blick in die Zukunft. Schon heute steht fest, die neue Technologie wird viele, bisher ungeahnte Anwendungsmöglichkeiten eröffnen. Der erste große Einsatzbereich für Bluetooth werden die mobilen Kommunikationsmedien sein. Dazu gehören nicht nur Mobiltelefone bzw. «Handys», sondern auch tragbare PCs, WAP-Handys, PDAs (Personal Digital Assistants) usw. Drahtlose Kopfhörer für den Walkman oder MP3-Player? Bluetooth macht sie möglich. Ebenso werden Verbindungen zwischen einem mobilen Gerät und einer Kamera realistisch, z.b. einer Video- oder digitalen Fotokamera, um Schnappschüsse sofort an andere Stellen zu übertragen oder um Videokonferenzen abzuhalten. Auf Flughäfen wird sich die Suche nach Informationstafeln erübrigen, weil sich sämtliche Ankunftsund Abflugzeiten direkt mit dem eigenen mobilen Kommunikationsgerät abrufen lassen. Bluetooth-Funkverbindungen werden die meisten Kabelverbindungen an den PCs ersetzen. Ob die Tastatur und die Maus dabei auch drahtlos mit Energie versorgt werden oder die Energie aus Batterien beziehen, ist noch offen. Sicher ist dagegen, PCs können künftig Informationen per Bluetooth auf PDAs übertragen und umgekehrt. Auch Peripherie- ABB Technik 2/

2 Technology Review 1 Potenzielle Anwendungen für die Bluetooth -Technologie gibt es überall. Landline Voice/data access points Cable replacement Ad-hoc networks Bluetooth TM Schluss mit dem Chaos bei Verbindungskabeln Bluetooth, ein Kommunikationsstandard für Kurzstrecken- Funkverbindungen, ist auf dem besten Weg, uns von dem schier undurchdringlichen Kabelgewirr zu befreien, das die Maschinen und Geräte in der Industrie und unseren Wohnungen miteinander verbindet. Die Ausgabe 1.0 der Bluetooth-Spezifikation wurde im Juli 1999 herausgegeben [1]. Sie genießt bereits eine breite Akzeptanz in der Industrie, denn sie beschreibt einen offenen Standard in einem lizenzfreien Frequenzband; zudem verspricht Bluetooth niedrige Kosten. Eine Special Interest Group (SIG), die im Februar 1998 ins Leben gerufen wurde, um den Bluetooth-Standard für eine «spontane» lokale Vernetzung von Geräten verschiedener Hersteller zu entwickeln und zu fördern, umfasst neben ABB bereits mehr als 2000 Mitglieder. Ericsson, IBM, Intel, Nokia und Toshiba haben SIG gegründet. Ende 1999 traten auch 3COM, Lucent, Microsoft und Motorola der Gruppe bei. Alle diese Unternehmen vereint das gemeinsame Bestreben, Bluetooth auf Grundlage der Norm IEEE für WPANs (Wireless Personal Area Networks) zu etablieren. 36 ABB Technik 2/2001

3 geräte, wie z.b. Drucker, kommunizieren über Bluetooth. Möchte jemand beispielsweise Daten aus einem PDA ausdrucken, so geht er einfach zum Drucker und macht den Ausdruck. Ein Anschluss an das lokale Netzwerk (LAN) oder die Übertragung der Daten auf den PC erübrigt sich. Über spezielle Zugriffspunkte, so genannte «Access Points», können Benutzer mit Bluetooth auf alle herkömmlichen Netzwerke wie das vertraute Telefonnetz, das ISDN-Netz, das GSM (Global System for Mobile Communication), das WAN (Wide Area Network) usw. zugreifen. Bluetooth-Module in Autos werden künftig auch deren Fahrern das Leben erleichtern. Jedes Mal, wenn sie an eine Tankstelle oder Raststätte fahren, wird das Auto ihnen mitteilen, was es benötigt. Bei normaler Fahrt auf der Autobahn senden lokale Informationsstellen nützliche Informationen zu Verkehrsstaus, freien Hotelzimmern und Sehenswürdigkeiten. Bluetooth könnte sogar teilweise die Verkabelung ersetzten, die für den Betrieb und die Steuerung des Autos erforderlich ist, und somit für noch mehr Funktionalität und Flexibilität sorgen. Was bringt die Bluetooth-Technologie für das eigene Heim? Es dürfte nur noch eine Fernbedienung geben, um alle Geräte vom Multimediasystem bis zur Heizungs- und Lüftungsanlage zu steuern. Sprache, Daten, Musik und Video lassen sich allesamt lokal mit Bluetooth-Technologie übertragen. Auch die verschiedenen Haushaltsgeräte arbeiten mit drahtloser Kommunikation. So wird zum Beispiel per Fernbedienung die Kaffeemaschine eingeschaltet und per Funk der Herd bedient. Der Kühlschank wird automatisch neue Lebensmittel bestellen, wenn die Vorräte zur Neige gehen oder das Verfalldatum erreichen. Das schnurlose Telefon der Zukunft könnte ebenfalls auf der Bluetooth- Technologie basieren. Darüber hinaus gestattet Bluetooth, von überall im Haus oder in und Norwegen [2]. Analog dazu gelingt es einigte die beiden Königreiche Dänemark seiner Nähe auf das Internet zuzugreifen. vielleicht der Bluetooth-Technologie, die Computer-Technik und die Telekommunikation zu vereinigen. Bluetooth erste Schritte Die Bezeichnung Bluetooth geht zurück auf Bluetooth dürfte vornehmlich dazu den dänischen König Harald Bläta, genannt genutzt werden, bestehende Kabelverbindungen durch Kurzstrecken-Funkverbindungen Blauzahn. Der 908 geborene Herrscher ver- Verwendete Abkürzungen in diesem Artikel ACL Asynchronous ConnectionLess ARM Advanced RISC Machines ARQ Automatic Repeat request ETSI European Telecommunication Standards Institute DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications FSK Frequency Shift Keying GSM Global System for Mobile communication HCI Host Controller Interface IrDA Infrared Data Association ISDN Integrated Services Digital Network ISM Industrial, Scientific and Medical LAN Local Area Network L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol MAC Medium Access Control PDA Personal Digital Assistant PCM Pulse Code Modulation POTS Plain Old Telephone System (einfaches altes Telefonsystem) RFCOMM Radio Frequency COMM SCO Synchronous Connection Oriented TDD Time-Division Duplex UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter USB Universal Serial Bus WAN Wide Area Network WAP Wireless Application Protocol WPAN Wireless Personal Area Network ABB Technik 2/

4 Technology Review 2 Verschiedene Bluetooth-Topologien (zwei Pico-Netze und ein Scatter-Netz) Master Slave für Mobiltelefone, PDAs, Notebooks, tragbare und ortsfeste Elektronikgeräte usw. zu ersetzen 1. Wahrscheinlich löst die Technologie auch viele Infrarot-Verbindungen ab, da sie keine direkte Sichtverbindung erfordert. Natürlich gibt es für bestimmte Anwendungen auch Alternativen zur Bluetooth-Technologie. So lassen sich zur Übertragung von Sprache und Daten auch andere drahtlose Technologien einsetzen, z.b. DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), HomeRF oder Wireless-LAN, um die Kabelverbindungen zu ersetzten. Was Bluetooth ganz besonders auszeichnet, ist seine Eignung für so viele verschiedene Anwendungen. Bluetooth-Sender arbeiten im so genannten «ISM-(Industrial, Scientific and Medical)- Frequenzband» zwischen 2,4 und 2,4835 GHz, das der ganzen Welt lizenzfrei zur Verfügung steht. Dabei verwendet Bluetooth zur Nutzung des Frequenzbandes ein Spread-Spectrum-Verfahren mit quasi-zufälligen Frequenzsprüngen (Frequency Hopping Spread Spectrum FHSS) über bis zu 79 Kanäle im Abstand von 1 MHz. Die nominelle Sprungrate liegt bei 1600 Sprüngen (Hops) je Sekunde, die sich auf 320 Sprünge pro Sekunde reduziert, wenn die maximale Paketlänge genutzt wird. Das Time-Division-Duplex-(TDD)- Verfahren dient als Übertragungsmodus, um zwischen Master- und Slave-Modul-Übertragung zu wechseln und so die Funkfrequenz- tion mehrerer Pico-Netze zu einem so genannten «Scatter-Netz» erweitern. Dabei kann ein Modul in mehreren Pico-Netzen als Slave arbeiten oder auch als Master in einem und als Slave in einem anderen Pico-Netz fungieren 2. Ein Bluetooth-Modul kann dabei stets nur in einem Pico-Netz Master sein. Die Konfiguration eines Netzwerks lässt sich «ad hoc» festlegen. Dies gestattet es, jederzeit neue Master oder Slaves hinzuzufügen. Bluetooth-Geräte können Sprache, Daten komponenten zu vereinfachen. Als Modulation wird GFSK (Gaussian Frequency Shift gibt es zwei Möglichkeiten, Master und Slave oder beides gleichzeitig übertragen. Dabei Keying) verwendet. miteinander zu verbinden: das synchrone Der Bluetooth-Topologie liegt ein so SCO-Verfahren (Synchronous Connection genanntes «Pico-Netz» zu Grunde, bei dem ein Oriented) und das asynchrone ACL-Verfahren Bluetooth-Modul als Master und bis zu sieben (Asynchronous ConnectionLess). Die andere Module als aktive Slaves arbeiten. SCO-Verbindung ist eine Punkt-zu-Punkt- Diese Anordnung lässt sich durch Kombina- Vollduplexverbindung und wird vorwiegend 3 Komplettes Bluetooth-Modul mit Antenne und externem Anschluss Standby Connection 38 ABB Technik 2/2001

5 zur Sprachübertragung verwendet. Ein Bluetooth-Modul unterstützt bis zu drei Sprachkanäle gleichzeitig. Die ACL-Verbindung unterstützt sowohl den Vollduplex- als auch den asynchronen Betrieb (mit unterschiedlichen Datenübertragungsraten in jede Richtung der Verbindung). Die Brutto-Übertragungsgeschwindigkeit eines Pico-Netzes liegt bei 1 MBit/s, die sich zwischen dem Master und den aktiven Slaves aufteilt. Bei nur einem einzigen aktiven Slave beträgt die maximale Datenübertragungsrate 432 kbit/s für einen symmetrischen und 721 kbit/s für einen asymmetrischen Kanal. Bluetooth-Technologie kommt hauptsächlich bei batteriebetriebenen Geräten zum Einsatz. Um den Stromverbrauch zu senken, verfügt Bluetooth zusätzlich zum Standby- Modus über die Energiesparmodi «Hold», «Sniff» und «Park». In ihnen läuft lediglich ein Timer weiter, der Rest der Schaltung bleibt deaktiviert. Bei Bedarf kann das Modul innerhalb von 2 ms wieder zu einem der Aktivmodi übergehen. Im Park-Modus gibt das Bluetooth-Modul seine MAC-Adresse (Medium Access Control) ab, so dass ein Pico-Netz bis zu 255 nichtaktive Slaves enthalten kann. Es gibt bereits vollständige Bluetooth- Module, zum Beispiel das Ericsson ROK Zwar ist es derzeit noch als Hybridchip ausgeführt, Ericsson wird es aber in Zukunft voll integrieren. Der angestrebte Stückpreis für größere Mengen liegt bei etwa 5 US-Dollar. Das Modul enthält eine vollständige Sender- und Empfängereinheit sowie einen ARM-7-Prozessor, der die Funkeinheit steuert und die unteren Schichten des Bluetooth-Protokolls bearbeitet. Der Chip hat zur Kommunikation mit der Hardware drei Arten von Schnittstellen: UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) für Daten, PCM (Pulse Code Modulation) für Sprache und USB (Universal Serial Bus) zur Daten- und Sprachübertragung. Bluetooth unterstützt eine Reihe von Protokollprofilen für verschiedene Anwendungen. Die drei unteren Schichten «Bluetooth Radio», «Baseband» und «Link Manager» sind stets vorhanden, das Sprachprotokoll hingegen ist optional. Das Baseband-Protokoll übernimmt das Timing, die Frequenzsprünge, Paketierung, Fehlerüberwachung usw. Der Link Manager hingegen koordiniert die Verbindungsherstellung, prüft die Geräteberechtigung und steuert die Verbindung. Darüber hinaus gibt es in Bluetooth noch zwei weitere wichtige Protokolle, das L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol) und das RFCOMM (Radio Frequency COMM). Letzteres ermöglicht die Emulation von bis zu 60 gleichzeitigen logischen seriellen Anschlüssen und verwendet das L2CAP. RFCOMM, ein einfaches Transportprotokoll mit leichten Anpassungen, basiert auf der Norm TS des European Telecommunication Standards Institute (ETSI). L2CAP ermöglicht verbindungsorientierte und verbindungslose Datendienste mit Multiplexübertragung, SAR (Segmentation and Reassembly), sowie die Zusammenfassung von Teilnehmern. Die Bluetooth-Spezifikation definiert auch eine Host-Steuerschnittstelle (Host Controller Interface HCI), die eine Befehlsschnittstelle zum Baseband-Controller und dem Link Manager darstellt. Sie gewährt Zugang zu den Hardwarestatus- und Steuerregistern 4. Die Schnittstelle eignet sich gut für ein voll integriertes Bluetooth-Modul und für Situationen, in denen ein eigener Hostprozessor die Protokolle der höheren Schichten ausführt. In der Bluetooth-Spezifikation [3] gibt es Profile für die folgenden Anwendungen: Telefon-Modem-Betrieb LAN-Zugang Schnurlose Telefonie Wechselsprechverkehr Serieller Datenverkehr Headset Fax Bluetooth verfügt über die normalen Fehlerkorrekturverfahren wie Forward Error Correction (FEC) und Automatic Repeat request (ARQ). Zusammen mit dem Frequenzsprungverfahren bieten diese einen effizienten Schutz gegen Weißes Rauschen und Funkstörungen. Zu den Sicherheitsoptionen gehören die Berechtigungsprüfung und Codierungsverfahren. Die Tabelle Seite 40 gibt eine Übersicht über die vier Bluetooth-Sicherheitsinstanzen. Bei der Bluetooth-Geräteadresse handelt es sich um die für jedes Bluetooth- Gerät einzigartige und frei zugängliche 48-IEEE-Adresse. Die beiden Schlüssel hingegen sind geheim. Der Berechtigungsschlüssel wird beim Aufbau der Verbindung und der Codierschlüssel zur Verschlüsselung der 4 Mögliche Anwendungen für den Bluetooth-Stack Different applications RFCOMM L2CAP HCI drive Audio HCI firmware Link Manager Baseband Radio ABB Technik 2/

6 Technology Review Instanzen zur Berechtigungsprüfung und Verschlüsselung unter Bluetooth Größe Bluetooth-Geräteadresse 48 Bits Privater Benutzerschlüssel, Berechtigungsprüfung 128 Bits Privater Benutzerschlüssel, Verschlüsselung Bits Zufallszahl 128 Bits Benutzerdaten verwendet. Durch die variable Länge des Codierschlüssels lässt sich leicht ein Kompromiss zwischen der erforderlichen Sicherheit und dem notwendigen Rechenaufwand finden. Für die Kennungsabfrage, die Berechtigungsprüfung und die Verschlüsselungscodes werden Zufallszahlen verwendet. Bluetooth in der Industrie: Möglichkeiten und Grenzen Die Bluetooth-Technologie eröffnet der Industrie aufgrund der geringen Kosten und der eingebauten Sicherheit völlig neue Möglichkeiten zur drahtlosen Kommunikation. Dabei birgt das Verfahren durchaus Vor- und Nachteile. ABB wägt deshalb sorgfältig ab, wenn es darum geht, die Technologie für industrielle Zwecke einzusetzen. Die Hauptvorteile der drahtlosen Kommunikation: Keine Kommunikationskabel Flexible Topologie Mobile Anwendungen Die Hauptnachteile: Empfindlich gegenüber Funkstörungen (da die Funkfrequenz mit anderen Geräten gemeinsam genutzt wird) Sicherheit (hinsichtlich Vertraulichkeit, Integrität, Nachrichtenmissbrauch, Datenmanipulation, Geheimhaltung) Funktionsversagen (Störung) Um die Vorteile der Mobilität und den Wegfall sämtlicher Kabelverbindungen voll nutzen zu können, ist die Frage der Stromversorgung zu klären. In den Fällen, die eine lokale Stromquelle für noch andere Zwecke erfordern, können auch die drahtlosen Einheiten von dieser Quelle Strom beziehen. Bei zahlreichen Anwendungen hingegen sind keine Kabel erwünscht, sodass z.b. Batterien, lokale Stromerzeuger oder Solarzellen den Strom bereitstellen müssen. Die Bluetooth-Technologie birgt auch gegenüber der drahtlosen Kommunikation im Allgemeinen Vor- und Nachteile. Als Hauptvorteile bietet sie: Niedrige Kosten, geringen Leistungsbedarf Integrierte Sicherheit Ihre Hauptnachteile sind: Teilung der Bandbreite mit anderen Systemen Relativ kurze Reichweite (höchstens 100 m) Bluetooth-Verbindungen werden in Zukunft universell zur Verfügung stehen und der Industrie das Zusammenwirken ihrer Anlagen mit tragbaren Einheiten wie Computern, Palmtops und Mobiltelefonen eröffnen. Die niedrigen Kosten dieser Technologie erlauben es, die drahtlose Kommunikation auch in anderen industriellen Anwendungsbereichen zu nutzen, z.b. zur Fernabfrage von Werten und Zuständen, zur Datenerfassung und zur Überwachung. Die industriellen Erfordernisse unterscheiden sich teilweise von den Bedürfnissen, für welche die Entwickler die Bluetooth-Technologie ursprünglich konzipierten. So sind die übertragenen Nachrichten zwar meist sehr kurz, doch müssen sie unbedingt schnell und sicher beim Empfänger ankommen, da viele dieser Nachrichten einen Zeitstempel tragen. In manchen Anwendungsfällen könnte auch die automatische Wiederholanforderung (ARQ) unerwünscht sein. Dies gilt z.b. für die Fälle, in denen zusätzliche Informationen zur Verfügung stehen, nach denen der Empfänger entscheiden muss, ob die Datenpakete erneut übermittelt oder andere Maßnahmen getroffen werden sollen. ABB Corporate Research in Norwegen setzt die Bluetooth-Technologie bereits zur Messdatensammlung ein. Ein PIC-Mikrocontroller, auf dem die Anwendung für die Messungen läuft, steuert die Messgeräte. Der PIC-Controler speichert die Messergebnisse intern und übermittelt sie in regelmäßigen Abständen über Bluetooth. Die Kommunikation zwischen dem PIC-Controller und dem Bluetooth-Modul läuft über die Host-Steuerschnittstelle HCI. Dabei ist der kleine PIC-Controller durchaus in der Lage, die Messwerte zu erfassen, die Ergebnisse zu berechnen und gleichzeitig noch die Kommunikation mit dem Bluetooth-Modul abzuwickeln. Industrieanlagen arbeiten häufig unter rauen Umgebungsbedingungen mit extremen Temperaturen, Erschütterungen und anderen Einflüssen. Für die Industrie geeignete Bluetooth-Module sollten daher Temperaturen zwischen 40 C und +80 C aushalten und robust gebaut sein. 40 ABB Technik 2/2001

7 Das Bluetooth-Modul des Messdatensammlers wurde unter höchsten Belastungen geprüft, um sicher zu gehen, dass es sich für den Einsatz in rauen Umgebungen eignet. Dazu gehörte unter anderem die Simulation eines Blitzschlags 5, der ohne sorgfältige Filterung des Antennensignals zu ernsthaften Problemen führen könnte. Die Eignung für den industriellen Einsatz der Bluetooth-Module hängt auch von ihrem Stromverbrauch ab, da Strom nicht immer und überall zur Verfügung steht. Batterielösungen haben den Nachteil, dass das regelmäßige Wechseln der Batterien die Vorteile der Drahtlosigkeit relativieren. Ausbreitung von Funkwellen in Industrieumgebungen ABB Corporate Research in Norwegen hat verschiedene Untersuchungen zur Ausbreitung von Funkwellen in industriellen Umgebungen durchgeführt. Dazu wurde ein Sender, der ein kontinuierliches unmoduliertes Trägersignal abstrahlt, mit entsprechenden IEEE kompatiblen Geräten kombiniert, die das gleiche Frequenzband wie die Bluetooth-Technologie nutzen. Allerdings arbeiteten die kompatiblen Geräte mit der Technik des Direct Sequence Spread Spectrums (DSSS) und nicht im Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) von Bluetooth. Die Leistungsfähigkeit der beiden in verschiedenen Industrieumgebungen untersuchten Funkgeräte entsprach in etwa der von Bluetooth. Die Messungen wurden an drei verschiedenen Standorten vorgenommen: in einer Fertigungshalle für Kabel, in einer Zellstoff- Fabrik und in einem Kernkraftwerk. An allen drei Orten befanden sich Maschinen und große Betonkonstruktionen. Die Messergebnisse zeigen, dass sich das empfangene Signal aus zahlreichen Kompo- V[kV] P[dBm] V t Spannungsverlauf bei einer Blitzschutzprüfung Spannungsamplitude Zeit t[µs] P d Empfangsleitung in einer Zellstoff-Fabrik Empfangene Leistung Entfernung zwischen Sender und Empfänger (log) d [m] Measured Regression d ABB Technik 2/

8 Technology Review nenten zusammensetzte, die auf verschiedenen Wegen vom Sender zum Empfänger gelangt waren und von Reflexionen von Maschinen sowie Wänden stammten. Die Effekte verursachen einerseits rasche Schwankungen in der empfangenen Signalstärke, die bei Funkgeräten, die nicht für solche Mehrwege-Umgebungen ausgelegt sind, ernsthafte Probleme hervorrufen würden. Andererseits erreichen die Funksignale durch die Reflexion auch Örtlichkeiten, die nicht in direkter Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger liegen. Zusätzlich verringern die Reflexionen die durchschnittliche Streckendämpfung. Die Forscher fanden heraus: der zur Vermeidung von raschem Fading über eine Wellenlänge gebildete Durchschnittswert der empfangenen Leistung ist d 1.1 proportional, wobei d die Entfernung zwischen Sender und Empfänger bezeichnet 6. Die Dämpfung fällt daher wesentlich niedriger aus als im freien Raum, in dem sie sich proportional zur empfangenen Leistung d 2 verhält. Darüber hinaus gab es keine Probleme auf Grund von raschem Fading. Die Technik des Direct Sequence Spread Spectrums dieser Module reagiert demnach nicht auf die Effekte des Mehrwege-Empfangs bzw. das Multipath-Fading. Die Mehrwege-Umgebung ist für diese Art von Modulen eher von Vorteil als von Nachteil. Da das Frequency-Hopping-Verfahren gleichfalls unempfindlich auf Multipath- Fading reagiert, dürften diese Ergebnisse auch für die Bluetooth-Technologie gelten. Bluetooth als Teil des ABB Advant Controller AC800 Die neue, von ABB Automation Products entwickelte Generation von Controllern für industrielle Anwendungen erfordert für Inbetriebnahme, Installation und Instandhaltung eine zuverlässige Datenübertragung. Die dafür benötigte Kommunikationsverbindung sollte ebenso robust wie preisgünstig sein. Die Entwickler erwogen zunächst eine Infrarot-Lösung, die jedoch wegen der nötigen Sichtverbindung von Sender und Empfänger nicht realisierbar war. Eine Funkverbindung hingegen löst nicht nur dieses Problem, sondern bietet darüber hinaus auch mehr Flexibilität. ABB Corporate Research in Norwegen setzt die Bluetooth-Technologie bereits an Stelle eines seriellen RS232-Kabels ein, um 7 Bluetooth-Modul in einem Advant Controller AC ABB Technik 2/2001

9 den mit NT-Betriebssystem laufenden PC für die Advant-Control-Builder-Anwendung mit dem Controller AC800 7 zu verbinden. Damit kann problemlos auf den Controller vor Ort zugegriffen werden. Auf der Interkama 1999 war ABB Automation Products weltweit das erste Unternehmen in der Industrieautomatisierung, das eine industrielle Anwendung mit einer Bluetooth- Verbindung vorstellte. Sie ermöglicht es, ABB- Controller nahtlose in Büro-Automatisierungssysteme zu integrieren. Die Verbindung bildet eine flexible und zuverlässige Datenverbindung, die Montage-, Inbetriebnahme- und Instandhaltungsaufgaben unterstützt. Auf der Softwareseite ging es darum, dem Controller die Voraussetzung zur seriellen Kommunikation über die RS232-Schnittstelle mit Bluetooth zu schaffen. Dazu wurde auf der NT-Plattform ein NT-Kernel-Treiber für das Bluetooth-Protokoll entwickelt. Dieser ist über dem seriellen NT-Treiber aber innerhalb des Kernel-Modus angeordnet, sodass sich die WIN32 API (Application Program Interface) für die serielle Kommunikation ohne Änderungen an der NT-Anwendung einsetzen ließ 8. Zusammenfassung Bluetooth ist auf dem besten Weg, sich als neuer globaler Standard für Kurzstrecken- Funkverbindungen durchzusetzen. Die Hauptvorteile der Bluetooth-Technologie liegen in den niedrigen Kosten, der breiten Unterstützung durch viele Anbieter und in der Lizenzfreiheit des ISM-Freqenzbandes. ABB Corpo- NT portable computer 8 Advant ctrl. builder Commercial TCP/IP/PPP Bluetooth driver HCI Link Manager Baseband Radio Das Advant Protokollprofil Auto connect/reconnect Data transfer, segmentation/ reassembling rate Research in Norwegen besitzt bereits umfassende Erfahrung im Einsatz von Bluetooth und dem Software-Stack. Die bisher aufgetretenen Probleme halten sich in relativ engen Grenzen, obwohl die Bluetooth- Technologie noch am Anfang steht. ABB hat die Kommunikation im ISM-Frequenzbereich (2,4 GHz) in Industrieumgebungen eingehend geprüft. Bei den umfangreichen Untersuchungen stießen die Tester auf weniger Probleme als zunächst erwartet. Das rasche Fading aufgrund von Multipath-Effekten bleibt zwar ein Aspekt, der noch behandelt werden muss, doch schafft die bessere ABB controller Advant application TCP/IP/PPP OMEGA serial interface Virtual operating system RFCOMM L2CAP HCI Serial interface layer Endian converter HCI Link Manager Baseband Radio Abdeckung und niedrigere Streckendämpfung dafür einen guten Ausgleich. Adressen der Autoren Jan Endresen Torkil Brunsvik Håkon Beckman Snorre Kjesbu ABB Corporate Research Bergervein 12 NO-1361 Billingstad/Norwegen jan.endresen@no.abb.com Telefax: OS interface Bluetooth stack Serial interface Bluetooth module & core Literaturhinweise [1] Specification of the Bluetooth System Core, v.1.0 B, Dec [2] The Bluetooth Story: [3] Specification of the Bluetooth System Profiles, v.1.0 B, Dec ABB Technik 2/