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Bluetooth

Die Zukunft kabelloser Kommunikation

Bluetooth kommt zwar deutlich langsamer in die Gänge, als zunächst von den Entwicklern erhofft, aber spätestens im nächsten Jahr will sich der Blauzahn zu einer der führenden kabellosen Übertragungsformen mausern. Dank Bluetooth können Sie demnächst via Handy Ihren Laptop nach E-Mails durchforsten, mit Ihren Geschäftspartnern per direktem PDA-Datentransfer Termine vereinbaren und Konferenz-Rechner blitzschnell in ein Mini-Netzwerk verwandeln.

In grauer Vorzeit, sprich vor knapp 1000 Jahren, regierte im hohen Norden König Harald II. Dem gelang das Kunststück, Dänemark und Norwegen unter einer einheitlichen Führung zu vereinigen. Einer der Ehrennamen des besagten Blaublüters war Bluetooth und in Würdigung an diese frühkommunikative Großtat benannte die schwedische Firma Ericsson ihre neue kabellose Übertragungstechnik nach ihm. Bereits 1984 wurde das Verfahren von zwei Telefonmitarbeitern der Firma Ericsson entwickelt, aber erst 1998 gründete der Handy-Hersteller zusammen mit IBM, Intel, Nokia und Toshiba die Bluetooth-Initiative. Mittlerweile hat sich dieser Interessenverband zur Bluetooth Special Interest Group S.I.G. zusammengeschlossen. Inzwischen beabsichtigen mehr als 2500 Unternehmen, die aus so unterschiedlichen Branchen wie der Telekommunikation, der Informationstechnik und dem Fahrzeugbau stammen, Bluetooth-kompatible Geräte zu entwickeln.

IrDA, IEEE 802.11, HiperLAN, HomeRF, WAP, es gibt bereits eine Reihe kabelloser Datenübertragungsformen, die schneller sind oder größere Strecken überbrücken können als Bluetooth (BT). Keine davon soll allerdings so universell einsetzbar, bedienerfreundlich und zugleich auch noch kostengünstig sein wie besagter Blauzahn. Mit BT wird der schnurlose Zugang zum Internet ermöglicht, vor allem aber lassen sich bislang inkompatibel erscheinende mobile und stationäre Geräte wie Handy, Organizer, PC oder PDA kabellos per Funkübertragung miteinander koppeln. Dabei müssen die Geräte keinen Sichtkontakt haben, der Funksstrahl hat derzeit eine maximale Reichweite von zehn Metern und durchdringt selbst Wände. Damit unterscheidet sich BT grundsätzlich von der derzeit gebräuchlichen kabellosen Übertragungsform IrDA. Bis zu acht BT-kompatible Geräte lassen sich zu einem Netzwerk (Piconet) zusammenschließen, maximal zehn solcher Piconets können zu einem sogenannten Scatternet vereinigt werden.

Dank BT kann etwa das Kabelgewirr zwischen Maus, Tastatur, Drucker und Rechner entfallen. Die schnelle Installation von Netzwerken, beispielsweise zur Vorführung einer Powerpoint-Präsentation bei Geschäftskonferenzen ist ebenso machbar wie der Austausch virtueller Visitenkarten (cCards), die Steuerung eines Beamers via Laptop, die kabellose Kontaktaufnahme eines Notebooks mit dem Internet oder das schnelle Einloggen des mitgebrachten Rechners in ein Firmen-Netzwerk - und das alles ohne sich mit inkompatiblen Steckverbindungen herumärgern zu müssen.

Haupteinsatzgebiet dürfte aber der Datentransfer zwischen mobilen und stationären Geräten, etwa zwischen Handy und Notebook sein um E Mails zu checken, kleine Datenmengen zu überspielen und Termine abzustimmen. Ein ideales Werkzeug also für mobile Freiberufler.

Bluetooth kurz gefasst Definition: Kurzstreckenfunkbetriebene Netzwerk-Technologie Geschützter Markenname: Bluetooth ist ein rechtlich geschützter Begriff. Auf den Markt kommende Produkte müssen ein Qualifizierungsverfahren überstehen, bevor sie das Bluetooth-Kompatibilitäts-Logo tragen dürfen. Offene Spezifikation: Die Standards sind genau wie beim GSM-Mobilfunknetz nicht Hersteller-spezifisch. Preis: Als Ziel werden 5 US-Dollar pro BT-Modul angestrebt, der derzeitige Preis beträgt 20 und 30 Dollar Verbindungsart: Point-to-Point, Point-to-Multipoint Datenübertragungsrate: derzeit maximal 1 Mbps Reichweite: 10 Meter ohne Sichtkontakt Maximal unterstützte Geräte: 8 per Bluetooth-Netzwerk "Piconet" (maximal zehn Piconets lassen sich zu einem Scatternet zusammenschließen) Sicherheitssystem: Beglaubigung und Verschlüsselung sind auf Hardwareebene implementiert Bidirektionalität: Symmetrisch und asymmetrisch Protokoll: OBEX

Eigentlich war der große BT-Durchbruch bereits für diesen Sommer anberaumt, aber so recht in die Puschen gekommen ist die neuartige Technik bislang noch nicht. Besonders peinlich wurde es für BT auf der letzten CeBIT. Dort hatte die Firma Lesswire mit mehr als 100 Basisstationen das bislang weltgrößte BT-Funknetz aufgebaut. Massive technische Probleme verhinderten allerdings den reibungslosen Betrieb der installierten Navigationssoftware. Mangels Standards verweigerten viele BT-Produkte verschiedener Abstammung die Zusammenarbeit, Mobiltelefone und sogar die Beleuchtung führten zu massiven Störungen der Verbindungsstabilität.

Probleme bereitet auch der zur Zeit verwendete BT-Standard: Als die Hardware-Entwickler erstmals die BT-Version 1.0 einsetzten zeigte sich, dass diese an vielen Bugs krankte. Als Folge davon wurde ein verbesserter Standard mit der Bezeichnung 1.0b entwickelt. Dieser kommt auch in vielen der derzeit erhältlichen BT-Geräten zum Einsatz. Mittlerweile gibt es allerdings mit der Version 1.1 einen neuen Standard und der ist leider nicht kompatibel zur Version 1.0b. Folge: Mit unterschiedlichen BT-Standards ausgerüstete Geräte sind nicht in der Lage, miteinander zu kommunizieren. Daher wird derzeit in Fachkreisen bereits über eine neue BT-Version mit Namen 2.0 diskutiert.

Kein Wunder also, dass sich viele potenzielle Hersteller BT-kompatibler Geräte bislang noch vornehm zurückhalten. Zur Zeit sind gerade mal eine Handvoll BT-kompatibler Geräte, vornehmlich Handys, Headsets, Drucker und PC-Karten erhältlich. Laut US-Marktforschungsstudien wird der Markt für BT-Geräte denn auch um ein rundes Drittel langsamer anwachsen als ursprünglich erwartet. Man rechnet nun mit rund 15 Millionen Einheiten in diesem Jahr, 100 Millionen im nächsten Jahr und ca. 955 Millionen BT-kompatibler Geräte im Jahr 2005.

BT verbindet mobile und stationäre Geräte mit Sendeleistungen zwischen 1 mW und 100 mW im Zehnmeter-Umkreis zu individuellen Piconets. In diesen kann man Daten und Sprache per Funk übertragen. Die meisten Geräte werden der Leistungsklasse 1 entsprechen, die mit einer Sendeleistung von 100 mW bei 20 dBm Signalabstand spezifiziert sind.

Grundlage aller BT-Anwendungen sind so genannte Profile, die über Herstellergrenzen hinweg definieren, wie sich die Geräte untereinander erkennen. Sobald zwei oder maximal acht Geräte in Betrieb sind, identifizieren sich die einzelnen BT-Geräte-Controller innerhalb von zwei Sekunden über eine individuelle und unverwechselbare 48 Bit lange Seriennummer. Die Kommunikation zwischen den Geräten erfolgt über das sogenannte Service Discovery Protocol (SDP). Jedes Gerät besitzt dabei seine eigene Registry, welche die allgemeinen Informationen zum Gerätetyp und spezielle Angaben zu seinen Features enthält. Wenn etwa ein PDA und ein Mobiltelefon miteinander Kontakt aufnehmen, dann geben sie ihre jeweiligen Fähigkeiten preis. Dadurch werden mit BT nicht nur Daten transferiert, sondern die individuellen Fähigkeiten der Geräte optimal genutzt.

Der Zugriff aufs Firmennetzwerk gelingt mit dem LAN Access Profile. Über einen als Bridge fungierenden und mit einem Netzwerkanschluß (LAP, LAN Access Point) ausgestatteten Rechner können BT-Geräte so auf das Netz zugreifen.

Die Datenübertragung erfolgt auf der Basis des vom Institute of Electrical Electronics Engineering (IEEE) festgelegten 802.11-Standards im 2,4 GHz-Band, das in den meisten Ländern Europas, in den USA und in Japan lizenzfrei ist. Der Arbeits-Frequenzbereich für BT beginnt bei 2,402 GHz und endet bei 2,480 GHz. In den selben Frequenzen tummeln sich übrigens auch drahtlose lokale Netzwerke (WLAN), Mikrowellenöfen, Baby-Überwachungsgeräte und funkbetriebene Garagentore. Bei BT spricht man von einer "rude radio technology", da sie zwar selber ziemlich robust gegen Störungen ist, aber andere Funkquellen in diesem Frequenzband empfindlich stören kann. Um dennoch potenziellen Datenstaus und Störquellen auszuweichen sowie auch aus Sicherheitsaspekten wurde für die BT- Kommunikation mittels FDM (Frequenzmultiplexing) ein Frequenz-Hopping-Verfahren in 79 Schritten (=Kanälen) mit je 1 MHz Abstand festgelegt. Das erste innerhalb des Piconets aktivierte Gerät steuert das Frequenz-Hopping mit 1600 Hops je Sekunde, wobei sämtliche Geräte eines Piconets mit derselben Hopping-Frequenz synchronisiert werden. Dies funktioniert auf Distanzen von 10 Zentimetern bis maximal 10 Metern. Zwar kann die maximale Reichweite theoretisch dank eines mit FEC (Forward Error Correction) und 100mW Ausgangsleistung bestückten Leistungsverstärkers auch auf 100 Meter erweitert werden, aus Stromersparnisgründen begnügen sich die Piconets allerdings mit der 10-Meter-Variante.

BT erlaubt nicht nur eine Datenübertragung pro Modul, sondern mehrere parallel ausgeführte Datenübertragungen, und zwar sowohl synchrone als auch asynchrone. Die synchronen Übertragungen (Synchronous Connection Oriented SCO) werden normalerweise für Stimmübertragungen benutzt, während die asynchronen Verbindungen (Asynchronous Connectionless ACL) für Datentransfers eingesetzt werden. Beide Varianten arbeiten übrigens mit einem Zeitmultiplexverfahren im Vollduplex-Betrieb. Zwei oder mehr Informationskanäle können so praktisch zeitgleich über die selbe Verbindung, aber jeweils auf einer unterschiedlichen Hop-Frequenz laufen. Jedem Kanal wird dabei ein eigener Zeitschlitz (Slot) zugeteilt, wobei ein Datenpaket in der synchronen Übertragungform maximal 5 Slots belegen darf.

Aus den beschriebenen Übertragungsdaten ergeben sich 5 verschiedene Übertragungsmodi mit den folgenden maximalen Transfergeschwindigkeiten:

Asymmetrische, asynchrone Datenübertragung: 57.6 kBit/s 721 kBit/s   Symmetrische, asynchrone Datenübertragung: 57.6 kBit/s 721 kBit/s Symmetrische, synchrone Voiceübertragungen: 57.6 kBit/s 721 kBit/s Asymmetrische, synchrone und asynchrone Daten- und Voiceübertragungen: 57.6 kBit/s 721 kBit/s Asymmetrische, synchrone und asynchrone Daten- und Voiceübertragungen: 57.6 kBit/s 721 kBit/s Erklärung: = Download = Upload

Bluetooth Pro & Contra Pro Kabellose Datenübertragung Erlaubt die Kommunikation sehr unterschiedlicher Geräte wie Handy, PC, PDA Einfache Handhabung Kommunizierende Geräte benötigen keinen Sichtkontakt Geringer Stromverbrauch Günstiger angestrebter Preis von 5 Dollar pro BT-Modul Contra Maximale Reichweite beträgt derzeit nur 10 Meter Dürftige Übertragungsgeschwindigkeit mit maximal 1 Mbit/s Der große Durchbruch lässt noch auf sich warten Windows XP soll vorerst nicht Bluetooth-fähig sein Trotz Hardware-gestützter Sicherheitssysteme existieren Sicherheitsbedenken Inkompatibilitäten und Funkübertragungsstörungen sind zu befürchten Mit ca. 25 Dollar pro BT-Modul derzeit noch recht teuer

Einer der wichtigsten Punkte betrifft den Stromverbrauch, denn jedes kabellose Gerät muss natürlich über eine autarke Energiequelle, sprich Batterie oder Akku verfügen. Um den Stromverbrauch auf das unbedingt notwendige Minimum zu beschränken, existieren vier Betriebsmodi, die allesamt parallel in einem Piconet aktiv sein können und einen jeweils unterschiedlichen Energiebedarf haben:

Im Park-Modus wird das Gerät mit den anderen synchronisiert, es wechselt auch zusammen mit den aktiven Geräten die Frequenzen (Hopping), nimmt jedoch nicht am Datenverkehr teil. Im Hold-Modus ist das Gerät theoretisch verbindungsbereit, braucht aber nicht soviel Strom. Der Normalzustand für das BT-Interface ist der Sniff-Modus. Dort hört es in periodischen Abständen von etwa 1.28 Sekunden jeweils 32 verschiedene Frequenzen ab.

Will ein Gerät eine Verbindung zu anderen Geräten herstellen, so wird es zum "Busmaster". Der Master sendet an die Slaves eine Inquiry Nachricht und - falls er das Gerät noch nicht kennt - eine zusätzliche Page Nachricht. Über diese Nachrichten werden unter anderem die Adresse und der Hop-Algorithmus abgefragt. Danach sendet der Master auf 16 Frequenzen eine Nachricht, welche die Datenübertragung initialisiert. Im Durchschnitt dauert eine solche Verbindungsaufnahme 0.64 Sekunden. Der Verbindungsmaster bestimmt dabei, welche Verbindungsarten auf den angeschlossenen Geräten jeweils aktiv sind und wie schnell ein Interface kommunizieren kann. Derzeit basteln die BT-Entwickler an weiteren Möglichkeiten, den Stromverbrauch noch mehr zu drosseln.

Für die Identifizierung der Geräte bei Kontaktaufnahme wird auf der Hardware-Ebene ein Beglaubigungsprotokoll aktiviert. Dieses beruht auf einem Challenge-Response-Algorithmus, bei dem sich die Geräte mittels eines geheimen Passworts gegenseitig erkennen. Damit soll gewährleistet werden, dass etwa nur das Handy des Anwenders mit seinem persönlichen Notebook kommunizieren kann. Zur Sicherung des Datenverkehrs werden außerdem die Daten bereits auf der Hardware-Ebene mit bis zu 64 Bit verschlüsselt. Anwender mit noch größerem Sicherheitsbedürfnis können auf BT abgestimmte Netzwerkprotokolle und zusätzliche Verschlüsselungs-Applikationen einsetzen. Diese Sicherheitsfunktionen bieten immerhin mehr als der direkte Konkurrent IrDA , der nur eine Verschlüsselung auf Softwareebene erlaubt.

Linux-Anhänger wird´s freuen, dass der Hardware-Anbieter Axis Communications die Betaversion seines in "C" programmierten Bluetooth-Stack "Open BT" der Allgemeinheit zur Verfügung stellt. Der via http://www.axis.com/products/dev/index.htm downloadbare Stack unterstützt auch SDP, L2CAP und RFCOMM. Er enthält zwar noch nicht alle definierten BT-Profile, doch dürften damit zumindest die Chancen steigen, dass mit zunehmender BT-Verbreitung entsprechende Linux-Anwendungen erscheinen

Bevor ein Produkt das offizielle Bluetooth-Logo bekommt, muss es erst einen komplizierten Qualifizierungsprozess durchlaufen. Dort werden vor allem die Testberichte und Dokumentationen des jeweiligen Geräts von einer sehr wichtigen Person, dem sogenannten "Bluetooth Qualification Body" (BQB) genau unter die Lupe genommen. Momentan gibt es in Deutschland ganze zehn Personen, die zu offiziellen BQBs ernannt wurden. Eine der wichtigsten Voraussetzungen hierfür ist, dass Sie entweder die offizielle Unterstützung einer Firma erhalten, die bereits mit SIG kooperiert, oder aber Sie werden selbst Mitglied in besagter BT-Initiative. SIG stellt außerdem erhebliche Anforderungen an die Berufserfahrung, die technischen Kenntnisse und das BT-Wissen des Bewerbers, der zudem auch noch Nachweise seiner organisatorischen Unabhängigkeit erbringen und eine Jahresgebühr berappen muss. Genauere Informationen sowie sämtliche Bewerbungsunterlagen für den BQB-Job können Sie via E-Mail direkt auf der oben genannten Website anfordern.

Nach den Vorstellungen von S.I.G. soll BT zunächst andere schnurlose Techniken im Nahbereich ergänzen um sie dann mittelfristig zu ersetzen. Ein Kandidat für diese Wachablösung ist sicherlich IrDA, denn eine Datenverbindung über ein per IrDA am Notebook angeschlossenes Handy benötigt eine Sichtverbindung auf kurze Entfernung. BT hat da die Nase vorn, weil das Handy halt in der Tasche verbleiben kann. Beim vor allem im Heimbereich etablierten DECT dürfte eine Ablösung hingegen schwerer fallen: Die DECT-Reichweite liegt bei maximal 300 Meter, zudem erlaubt auch DECT inzwischen die Übertragung von Daten. Das ist aber vorerst nur Zukunftsmusik, denn bislang kämpft BT noch mit einigen Problemen. Insbesondere kann BT derzeit aufgrund der Nutzung desselben Frequenzbereichs drahtlose, lokale Netzwerke (WLANs) empfindlich stören. Nachbesserungen der bisherigen Standardisierungsvereinbarungen scheinen damit unumgänglich zu sein. Die Sicherheitsbedenken konnten auch noch nicht völlig ausgeräumt werden, denn schließlich erlaubt BT ohne Bestätigung des jeweiligen Benutzers den Zugriff auf seine Geräte. Sorgen bereiten auch die Betriebssystem-Hersteller, die zu BT inzwischen eine eher abwartende Haltung einnehmen. So gab Microsoft im April bekannt, dass die zuvor versprochene BT-Kompatibilität von Windows XP höchstens per nachgeschobenem Upgrade hergestellt werden kann. Wohl als Trost soll dafür die neue Windows CE-Version mit einer BT-kompatiblen Architektur ausgestattet werden. Ähnlich zurückhaltend verhielt sich Microsoft ja bekanntlich auch bei der Einführung des Internet-Explorers und des kabellosen Systems IrDA. Apple zeigt BT bislang die kalte Schulter und sogar Motorola kommt inzwischen schwer ins Grübeln: "Im Endkunden-Markt ist Bluetooth sicher cool und raffiniert, aber irgendwie fehlen uns noch die überzeugenden Argumente", meint Vizepräsident Jorge Magalhaes. Intel dagegen geht mit der (BT-)Zeit und entwickelt derzeit eine integrierte Hardware- und Software-Plattform für mobile PCs, die aktuellen BT-Spezifikationen entspricht.

In Anbetracht der ambivalenten Haltung der Hersteller darf man also gespannt sein, ob und vor allem wann BT der Durchbruch auf dem Massenmarkt gelingt. Um dort Erfolg zu haben, müssten zumindest mal die Preise sinken, denn derzeit verteuert die BT-Komponente einen Drucker um runde 200 Mark. Das erinnert verdächtig an die einst hochgelobte, aber jetzt in Agonie dahinsiechende WAP-Technologie: Toll, aber zu teuer.