1 Einführung 19

1.1 Geschichtliches 19
1.2 Entstehung der Technologie 19
1.3 Die Special Interest Group (SIG) 21
1.4 Für was steht Bluetooth? 22
1.5 Bluetooth Wachstumsprognosen 24
1.6 Anwendungsmöglichkeiten 25
1.6.1 Der Zugang zum Internet via Bluetooth 27
1.6.2 Das drei in einem Telefon 28
1.6.3 Das ultimative Headset 29
1.6.4 Automatische Datensynchronisation 30


2 Grundlagen 32

2.1 Duplexverfahren 32
2.1.1 Frequency Division Duplex Verfahren 32
2.1.2 Time Division Duplex Verfahren 33
2.2 Vielfachzugriffsverfahren 34
2.2.1 Frequency Division Multiple Access
2.2.2 Time Division Multiple Access 36
2.2.3 Code Division Multiple Access 37
2.3 Spread Spectrum Verfahren 39
2.3.1 Geschichtlicher Hintergrund der Spread Spectrum Verfahren 40
2.3.2 Frequency Hopping Spread Spectrurn 42
2.3.3 Direct Sequence Spread Spectrum 45
2.4 Kenngrößen 51
2.4.1 Das Dezibel (dB) 51
2.4.2 Pegel
2.5 Funksignal Ausbreitung über den Mobilfunkkanal 54
2.5.1 Ausbreitung im freien Raum 55
2.5.2 Ausbreitung unter realen Bedingungen 56
2.5.3 Ausbreitung innerhalb von Gebäuden 59
2.6 Sende und Empfängergrundlagen 62
2.6.1 Das Direct Conversion Prinzip 63
2.6.2 Das Superheterodyn Prinzip 64
2.7 Das ISO/OSI Referenzmodell 65


3 Systembeschreibung Bluetooth 68

3.1 Kurze Systemübersicht 68
3.2 Ad hoc Netze 70
3.2.1 Das Piconetz 70
3.2.2 Das Scatternetz 75
3.3 Der Protokoll Stack 76
3.3.1 Übersicht der Protokoll Architektur 76
3.3.2 Der Bluetooth Protokoll Stack referenziert auf das ISO/OSI Modell.79
3.4 Bluetooth Profile 79


4 Luftschnittstelle 84

4.1 Frequenzbereich 84
4.2 Modulationsverfahren
4.3 Sende und Empfängereigenschaften
4.3.1 Sendeleistung
4.3.2 Empfänger Empfindlichkeit 89
4.4 Frequency Hopping 90
4.5 Einteilung der Zeitschlitze und TDD 93
4.6 Physikalische Verbindungen 95
4.7 Stromsparzustände 96
4.7.1 Zustand Hold 96
4.7.2 Zustand Sniff 97
4.7.3 Zustand Park 98


5 Baseband 99

5.1 Funktionelle Beschreibung 99
5.2 Standard Paket Format 100
5.2.1 Access Code 100
5.2.2 Header 103
5.3 Paketarten 104
5.3.1 Kontrollpakete für ACL und SCO 105
5.3.2 SCO Pakete 108
5.3.3 ACL Pakete 110
5.3.4 Übersicht zu den verschiedenen Pakettypen 113
5.4 Fehlerkorrektur 114
5.4.1 1/3 Rate FEC Code 114
5.4.2 2/3 Rate FEC Code 114
5.4.3 ARQ Schema für Daten 115
5.4.4 HEC/CRC Codierung 116
5.5 Logische Kanäle 116
5.6 Scrambling 117
5.7 Zusammenfassung der Bitstrom Manipulationen 118
5.8 Funkkanal Management 120
5.8.1 Master Slave Definition 120
5.8.2 Bluetooth Clock 120
5.8.3 Link Controller States 121
5.8.4 Grundlegende Erkenntnisse 123
5.9 Bluetooth Adressierung 124
5.9.1 Bluetooth Device Address (BD ADDR) 124
5.9.2 Active Member Address (AM ADDR) 124
5.9.3 Parked Member Address (PM ADDR) 125
5.9.4 Access Request Address (AR ADDR) 125
5.10 Frequency Hopping Sequenzen 125
5.11 Verbindungsaufbau 127
5.12 Bluetooth Audio 130
5.13 Bluetooth Sicherheit 134
5.13.1 Schlüssel Management 135
5.13.2 Lower Level Security (Link Level Security Mode 3) 139
5.13.3 Higher Level Security (Service Level Enforced Mode 2) 142
5.13.4 Diskussion von Sicherheitsrisiken 144


6 Der Link Manager 148

6.1 Das Link Manager Protokoll 148
6.2 Format und Austausch von PDUs 150
6.3 LMP Prozeduren für den Verbindungsaufbau 152
6.3.1 Clock Information Request 153
6.3.2 LMP Version. Request 154
6.3.3 Features Request 154
6.3.4 Name Request 155
6.3.5 Einleitung des Verbindungsaufbaus 156
6.3.6 Prozeduren, um die Link Parameter auszuhandeln 157
6.3.7 Abschluss des Verbindungsaufbaus 158
6.3.8 SCO Verbindungsaufbau 158
6.4 Weitere LMP Prozeduren 161
6.4.1 Einstellen der Multi Slot Pakete 161
6.4.2 Stromsparzustände und Leistungsregelung 161
6.4.3 Master/Slave Rollentausch 162
6.4.4 Allgemeiner Verbindungsabbau 162


7 Host Controller Interface 163

7.1 Kommunikation zwischen Host und Controller 164
7.2 HCI Flusskontrolle 165
7.3 HCI Command Paket 165
7.4 HCI Event Paket 166
7.5 HCI Data Pakete 167
7.5.1 HCI ACL Data Paket 167
7.5.2 HCI SCO Data Paket 169
7.6 HO Commands und Events 169
7.7 USB Schnittstelle 170
7.8 Serielle Schnittstellen 172
7.8.1 RS232 172
7.8.2 UART 177
7.9 BlueCore Serial Protocol (BCSP) 178
7.10 Verbindungsaufbau über HCI Befehle 181
7.11 HCI Schnittstellen Übersicht 182


8 Logical Link Control and Adaptation Protocol 183

8.1 Einordnung im Protokoll Stack 183
8.2 Das Kanalkonzept 184
8.3 Die L2CAP Signalisierung 187
8.3.1 Struktur der L2CAP Signalisierung 188
8.4 L2CAP Verbindungsaufbau 190
8.4.1 Verbindungsaufbau über eine untere Protokollschicht 190
8.4.2 Verbindungsaufbau über das 1 ICI 194
8.5 Die Konfigurationsmöglichkeiten 196
8.5.1 Maximum Transmission Unit 196
8.5.2 Flush Timeout 196
8.5.3 Quality of Service 197
8.6 Datenübertragung 198
8.6.1 Segmentierung und Wiederzusammenführung 199


9 Service Discovery Protocol 201

9.1 Service Records 202
9.1.1 Service Attribute 203
9.1.2 Vereinfachte Struktur 206
9.1.3 Service Klassen 206
9.2 Finden der Services 207
9.3 PDU Format 210


10 Einsatz bestehender Protokolle 214

10.1 RFCOMM 214
10.1.1 Eigenschaften 215
10.1.2 Verbindungen 218
10.1.3 Mehrfach emulierte Schnittstellen 220
10.1.4 Service Schnittstelle 222
10.2 IrDA Interoperabilität 223
10.2.1 OBEX im IrDA Protokoll Stack 225
10.2.2 OBEX Objekte 227
10.3 Telephony Control Protocol 228
10.3.1 Funktionsweise 230
10.3.2 Das Call Control 232
10.3.3 Das Group Management 233
10.3.4 Connectionless TCS 234
10.3.5 Die TCS Bin Signalisierung 234
10.4 Bluetooth und WAP 238
10.4.1 WAP innerhalb des Bluetooth Stacks 238
10.4.2 Funktionsweise 239
10.4.3 Der WAP Protokoll Stack 240
10.5 Intemet Protokolle 242


11 Bluetooth Simulationsmöglichkeiten 244

11.1 Bluetooth over IP 244
11.2 Der Bluetooth Simulator BlueHoc 245
11.2.1 Der Netzwerk Simulator NS 2 246
11.2.2 Der Netzwerk Animator NAM 246
11.2.3 Die BlueHoc Erweiterung 246
11 .2.4 BlueHoc Installation 248
11.2.5 Erstellen eigener Szenarien 251
11.2.6 Simulieren von Szenarien 255


12 Alternative Funksysteme 260

12.1 DECT 260
12.2 IEEE 802.11 262
12.3 HomeRF 265
12.4 HiperLAN 268


13 Bluetooth im praktischen Einsatz 271

13.1 Interferenzen zwischen Bluetooth und WLAN 271
13.1.1 Theoretisches Modell 271
13.1.2 Interferenz Reichweite 273
13.1.3 Messungen . 275
13.2 Datenraten Messungen 278
13.2.1 Frequenzspektren . 279
13.2.2 Datenraten in der Praxis 283
13.2.3 Störungen durch einen Mikrowellenherd 285
13.3 Erstellen eines Bluetooth Dongles 287
13.4 Anbindung eines Bluetooth Moduls an einen Mikrocontroller 292


14 Komplexität der Bluetooth Chip Entwicklung 294

14.1 Herausforderung bei der Entwicklung 294
14.2 Zwei Chip SoC Lösung 295
14.3 HF Entwicklungsmethoden 296
14.4 Implementierung der Designs 300
14.5 Designüberprüfung mit Konfomnitätsvorlagen 303
14.6 Ergebnisse 306


15 Bluetooth Produkt Entwicklung 308

15.1 Einleitung 308
15.2 Der Single Chip 308
15.3 Module 314
15.4 On Air die Antennen 317
15.5 Leitfaden fdr die Entwicklung 323
15.5.1 Software Stack 326
15.5.2 Beispielentwicklung 333
15.6 Qualifizierungsprozess 340


16 Anhang 348

16.1 Bluetooth Commands und Events 348
16.2 Bluetooth Assigned Numbers 355
16.2.1 Class of Device 355
16.2.2 Attribute IDs 360
16.2.3 Serviceklassen 361
16.3 Gründe für die Ablehnung einer LMP PDU 364
16.4 Schaltplan eines Bluetooth Dongles 366


Abkürzungsverzeichnis


Quellenverzeichnis


Sachverzeichnis