Bluetooth

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Was ist Bluetooth?

Bei Bluetooth handelt es sich um einen Industriestandard für Datenübertragung zwischen kompatiblen Geräten über eine kurze Distanz. Der Standard wurde in den 1990er-Jahren durch die Bluetooth Special Interest Group entwickelt. Der auf der Funktechnik WPAN basierende Übertragungsstandard ermöglicht eine verbindungsbehaftete sowie verbindungslose Übertragung zwischen Geräten über Point-To-Point-, Pico- oder Ad-hoc-Netzwerke.

Entwicklungsgeschichte

Bereits seit Anfang der 1990er Jahre gab es verschiedene Bestrebungen, das Kabelgewirr rund um den Computer durch Peripheriegeräte auf Funkbasis (Tastatur, Maus) zu vermeiden. Der Durchbruch dieser Anfänge wurde in erster Linie durch einen fehlenden einheitlichen Standard verhindert. In den 1990er Jahren war neben der Funktechnologie die Infrarottechnik sehr beliebt und es sah lange Zeit so aus, als ob sich diese als die bessere technische Basis durchsetzen würde.

Um ein standardisiertes Übertragungsprotokoll zu entwickeln, schlossen sich Ende 1993 rund 30 international agierende Unternehmen zusammen, darunter auch Industriegrößen wie HP und IBM, und legten mit der Gründung der Infrared Data Association den Grundstein für den heutigen drahtlosen Datenübertragungsstandard.

Die Infrarottechnik hatte jedoch einen nicht überwindbaren Nachteil: den erforderlichen Sichtkontakt zwischen den Geräten. Aus diesem Grund wurde im Jahr 1994 die Firma Ericsson beauftragt, einen Ersatz für Kabelverbindungen zu entwickeln. Die ersten Bemühungen waren vielversprechend, sodass 1998 die Bluetooth Special Interest Group von Ericsson, IBM, Nokia, Intel und Toshiba ins Leben gerufen wurde.

Die ersten Spezifikationen zum neuen drahtlosen Datenübertragungsstandard wurden im Juli 1999 vorgelegt. Diese wiesen jedoch einige Fehler und Ungenauigkeiten auf, sodass im Februar 2001 die Version 1.1 des Bluetooth-Standards vorgelegt wurde, die eine solide Basis für die ersten marktreifen Produkte bot.

Technische Basis

Frequenz Störungen

Geräte, die den Bluetooth-Standard zur drahtlosen Kommunikation mit anderen Geräten nutzen, senden in einem lizenzfreiem ISM-Band, sodass sie weltweit zulassungsfrei genutzt werden können. Da diese Geräte in einem Frequenzbereich zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz senden, können Störungen durch leistungsstarke WLANs oder Mikrowellen verursacht werden.

Um einen gewissen Schutz gegenüber Störungen zu bieten, wird ein sogenanntes “Frequenzsprungverfahren” eingesetzt. Hierbei wird der gesamte zur Verfügung stehende Frequenzband in 79 Kanäle im 1-MHz-Abstand unterteilt, wobei die einzelnen Frequenzen bis zu 1600-mal pro Sekunde gewechselt werden. Der Bluetooth-Standard bietet Unterstützung für die Übertragung von Daten und Sprache.

Reichweite

Die Reichweite der einzelnen Bluetooth-Geräte hängt neben der Sendeleistung auch von vielen anderen Faktoren ab. Wichtige Parameter, welche einen beachtlichen Einfluss auf die Sende- bzw. Empfangsleitung haben, sind beispielsweise die Empfindlichkeit des Empfängers und die Bauform der eingesetzten Empfangs- und Sendeantennen. Darüber hinaus können auch die Eigenschaften der Umgebung die Reichweite negativ beeinflussen, wie beispielsweise Mauern oder Bäume innerhalb der Funkstrecke.

Erweiterungen

Da die unterschiedlichen Datenpakete verschiedene Längen und Sicherungsmechanismen aufweisen, können auch diese Parameter die tatsächlich erzielbare Reichweite beeinflussen. Um höhere Datentransferraten und Reichweiten zu ermöglichen, plant die Bluetooth SIG eine Erweiterung des drahtlosen Datenübertragungsstandards, in dessen Rahmen Bluetooth um die beiden MAC- und PHY-Schichten erweitert werden soll, die beim WLAN-Standard zum Einsatz kommen.

Abhörsicherheit und Architektur

Um drahtlose Verbindungen gegen unbefugtes Eindringen zu sichern, werden diese mit mehrstufiger dynamischer Schlüsselvergabe versehen. Manche Verbindungen werden mit statischer Schlüsselvergabe betrieben, wobei die Sicherheit in diesem Fall eingeschränkt ist. Eine Bluetooth-Verbindung gilt nur dann als unsicher, wenn der PIN-Code zu kurz ist (weniger als vier Dezimalziffern).

Ein drahtloses Bluetooth-Netzwerk wird mit dem Namen “Piconet” bezeichnet. In einem Piconet können bis zu acht Teilnehmern teilnehmen. Um miteinander Kommunizieren zu können, werden die einzelnen Teilnehmer mit einer 3-Bit-Adresse versehen. Dabei werden alle inaktiven Geräte in einen sogenannten “Parkmodus” geschaltet. In diesem können sie die Synchronisation halten und auf Anfrage eines anderen im Netzwerk teilnehmenden Geräts automatisch aktiviert werden.

Der Bluetooth-Standard verfügt über drei unterschiedliche Sicherheitsstufen:

Modus 1: Dieser Modus bietet keine Sicherheitsmechanismen. Um das Abhören einigermaßen zu erschweren, wird bei den Geräten kontinuierlich die Sendefrequenz gewechselt.
Modus 2: Bei diesem Modus werden Sicherheitsmechanismen auf dem Application Layer implementiert. Dabei liegt es bei den benutzen Dienste, die zur Verfügung stehenden Sicherheitsprotokolle umzusetzen.
Modus 3: Dieser Modus bietet die sicherste Verbindung. Dabei wird bereits bei dem Verbindungsaufbau eine Authentifizierung vollzogen.

Einsatzbereiche

Der Bluetooth-Standard wird heutzutage in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Computer, Freisprechanlagen und Headsets, Spielgeräte, Industrie und Haustechnik sind nur einige der Einsatzbereiche des drahtlosen Übertragungsstandards. Darüber hinaus hat sich Bluetooth in den letzten Jahren als ein integraler Bestandteil moderner Smart Home-Systeme etabliert. Immer mehr Hersteller bringen unterschiedliche Bluetooth-Produkte für das intelligente Zuhause auf den Markt, wie beispielsweise Wetterstationen, Überwachungskameras oder Kontrollinstrumente für Fenster und Türen, die auf dem drahtlosen Datenübertragungsstandard basieren.

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