Der Bluetooth-Standard
bezeichnet eine Datenfunktechnologie, die ursprünglich dazu entwickelt worden
ist, Kabelverbindungen zwischen dem PC und Peripheriegeräten zu ersetzen. Mittlerweile
ist daraus ein universell einsetzbarer Standard zur Übertragung von Daten und
Sprache über kurze Distanzen (bis ca. 10 Meter) geworden. Die Spezifikation
liegt zur Zeit in der Version 1.1 vor und kann bei der Bluetooth-SIG (Special
Interest Group) heruntergeladen werden (http://www.bluetooth.com).
Das Haupteinsatzgebiet
von Bluetooth ist die Vernetzung von Computern und Peripheriegeräten und die
spontane Bildung sehr kleiner Datennetze (Personal Area Networks (PAN), bei
Bluetooth auch Piconet genannt) an beliebigen Orten. So wird der Austausch von
Daten zwischen verschiedensten Geräten möglich, ohne Kabelverbindungen herstellen
zu müssen. Dabei ist in einem Bluetooth-Netzwerk (Piconet) entweder eine Punkt-zu-Punkt
oder eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung möglich, mit jeweils einem Master und
einem oder mehreren Slaves. Es kann auch weitere Master geben, die jedoch inaktiv,
aber synchronisiert zum aktuellen Master bleiben, solange dieser aktiv ist.
Damit ist ein Bluetooth-Netzwerk bedingt multimasterfähig.
Das System arbeitet
im lizenzfreien 2,4GHz-Band. Schon aus dieser Tatsache heraus ergibt sich jedoch,
dass ein Bluetooth-Netzwerk leicht durch andere, ebenfalls im 2,4GHz-Band arbeitende
Funksysteme gestört werden kann. Damit ist das System absolut nicht für sicherheitskritische
Systeme im Kraftfahrzeug (beispielsweise Fahrzeuglenkung, Motorsteuerung oder
gar Airbag) geeignet, wohl aber für unkritische Komfortanwendungen, wie z.B.
Multimedia-Systeme im Kraftfahrzeug oder ständige Überwachung des Reifendrucks
während der Fahrt. Auch für Abrechnungssysteme in Parkhäusern oder an Mautstellen
und für Diagnosegeräte mit drahtloser Anbindung ist der Einsatz von Bluetooth
im Kraftfahrzeug sehr gut denkbar. Es ist dabei jedoch darauf zu achten, dass
sich Bluetooth und andere im Fahrzeug vorhandene Systeme nicht gegenseitig stören.
Der Bluetooth-Standard teilt das zur Verfügung stehende 2,4GHz-Band
in 79 Kanäle ein. Bluetooth-Knoten wechseln automatisch bis zu 1600 Mal pro
Sekunde den Kanal, so dass andere Sender, die zufällig gerade denselben Kanal
benutzen, nur kurz (für sicherheitsrelevante bzw. auf Echtzeitbetrieb angewiesene
Systeme jedoch zu lange) stören können. Jedes Datenpaket wird auf einem anderen
Kanal übertragen. Werden mehrere Bluetooth-Netzwerke nahe beieinander betrieben
(was leicht der Fall sein kann, wenn mehrere mit Bluetooth ausgerüstete Fahrzeuge
hintereinander oder nebeneinander stehen oder fahren), nimmt die Übertragungsgeschwindigkeit
stark ab, da dann häufiger Wiederholungen von Datenpaketen notwendig sind. Somit
kann eine Echtzeitfähigkeit nicht garantiert werden.
In einer Bluetooth-Verbindung stehen mehrere Übertragungskanäle
zur Verfügung: ein asynchroner Datenkanal, der entweder im asymmetrischen Betrieb
mit 723,2 kBit/s in der einen und 57,6 kBit/s in der anderen Richtung oder im
symmetrischen Betrieb mit 433,9 kBit/s in beiden Richtungen arbeitet. Außerdem
stehen drei synchrone Kanäle mit je 64 kBit/s zur Übertragung von Sprache zur
Verfügung.
Jedes Datenpaket besteht aus einem Header
und einem Nutzdatenteil. Der Header besteht dabei aus dem 72 Bit breiten „Access
Code“ sowie einem 54 Bit breiten Adressfeld, welches sich aus einer 48 Bit breiten
„Company ID“, einem beliebigen (vom Hersteller des Gerätes vergebenen) 16-Bit-Wert
sowie Fehlerkorrekturbits zusammensetzt. Die Company ID wird dabei durch die
Bluetooth Special Interest Group vergeben. Im Nutzdatenteil können pro Paket bis zu 2745 Bits (ungefähr
343 Bytes) übertragen werden. Zur Übertragung des Headers wird ein fehlerkorrigierender
Code (FEC, Forward Error Correction) und für die Nutzdaten ein fehlererkennender
Code (mit CRC-Prüfsummen) benutzt. Die Daten können verschlüsselt (mit 64 bis
128 Bits Schlüssellänge) oder unverschlüsselt übertragen werden.
Die Arbitrierung erfolgt nach dem TDD (Time Division Duplex)-Schema. Dabei wird jeder Kanal in 625µs lange Zeitscheiben aufgeteilt. Die Synchronisierung erfolgt durch einen vom Master vorgegebenen Zähler. Enthält der Zähler einen geraden Wert, darf der Master eine Übertragung starten. Enthält hingegen der Zähler einen ungeraden Wert, darf ein Slave eine Übertragung starten. Eine Übertragung darf insgesamt maximal 5 Zeitscheiben beanspruchen.
Da Bluetooth unter anderem auch für batteriebetriebene Mobilgeräte entwickelt wurde, wurde Wert auf minimalen Energieverbrauch der Interface-Module gelegt. Der Energieverbrauch solcher Module liegt bei 30 bis 100mA und ist somit für Anwendungen im Kraftfahrzeug als eher niedrig einzustufen.
Von mehreren Herstellern, unter anderem Ericsson, Nokia, Motorola, Intel und IBM, sind Chips und Multichip-Module für Bluetooth verfügbar. Dabei machen die Multichip-Module die Integration von Bluetooth in vorhandene oder neue Entwicklungen besonders einfach, da diese bereits alle notwendigen Komponenten enthalten, um eine Bluetooth-Schnittstelle zu realisieren.
Tabelle der wichtigsten Merkmale (pdf)
Literatur