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Mobile Systeme und drahtlose Netzwerke
Vorlesung IV
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Gliederung
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Ziele der Vorlesung
• Bluetooth-Details
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RFRF
BasebandBaseband
AudioAudioLink ManagerLink Manager LMP
L2CAPL2CAP
TCP/IPTCP/IP HIDHID RFCOMMRFCOMM
ApplicationsApplications
DataDataC
ontr
ol
Con
trol
Application Framework and Support
Link Manager and L2CAP
Radio and Baseband
Host Controller Interface
Bluetooth- Architektur
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Class1 bis Class3
Leistungsklasse min. Pegel max. Pegel
1 1 mW (0 dBm) 100 mW (20 dBm)
2 0,25 mW (-6 dBm) 2,5 mW (4 dBm)
3 - 1 mW (0 dBm)
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Grundlagen Basisband Protokoll
• Spread spectrum frequency hopping radio (FHSS)– 79/23 1-MHz Kanäle
– Springt im Normalfall mit 1600 Hops/s
– Springt mit jedem Paket• Packete sind 1, 3, or 5 Zeitschlitze lang
– Ein Rahmen besteht aus zwei Paketen• Einem Transmit folgt ein Receive
1-SlotPaket
3-Slot Paket
Frame
Master
Slave
625 s1 Slot
ffkk ffk+1k+1
Frame
Master
Slave
625 us1 Slot
ffkk ffk+1k+1
1-SlotPaket
1-SlotPaket
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Bluetooth – 1-Slot
625µs
80MhzBandbreite
f
t
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Bluetooth – 3-Slot
625µsf
tk k+1 k+2 k+3 k+4 k+5 k+7k+6
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Das Piconetz
• Umgebung mit 5 Bluetooth-Geräten• Jedes Bluetooth Gerät hat eindeutige Gerätenummer • Alle Geräte in einem Piconetz springen gemeinsam• Zur Bildung eine Piconetzes übergibt der Master seine eindeutigen Gerätekennung
und seine interne Uhrzeit an die Slaves• Bestimmung der Sprungsequenzen und der Phase
• Sprungmuster wird durch die Gerätekennung (ID 48-bit) bestimmt • Die Phase im Sprungmuster wird durch die Uhrzeit bestimmt
Einmalige Parameter verhindern, dass zwei Pikonetze gleiche Sprungsequenzen haben
A
D
C
B
E
ID b
ID a
IDc
ID d
IDe
ID a
ID a
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• Geräte, die keinem Piconetz angehören, befinden sich im Zustand standby
Das Piconetz
sb
ID b
ID a
IDc
ID d
IDe
sb
sb
sb
sb
sb
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• Adressierung im Piconetz:– Active Member Address (AMA, 3-bits)
– Parked Member Address (PMA, 8-bits)
Inquiry
P
M Soder
ID b
ID a
IDc
ID d
IDe
M
sb
S
S
sbID a
IDa
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Physikalische Verbindung
• Zwei verschiedene Dienste:– Synchrone verbindungsorientierte– Asynchrone verbindungslose
• Synchronous Connection-Oriented link (SCO)– symmetrisch, leitungsvermittelt, Punkt-zu-Punkt
• Asynchronous Connectionless Link (ACL)– paketvermittelt, Punkt-zu-Mehrpunkt, Master fragt Stationen ab (polling)
• Zugangscode– Synchronisation, abgeleitet vom Master, einzigartig pro Kanal
• 3 SCO-KanäleSCO-Kanäle• 1ACL-KanalACL-Kanal
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Datenpakete
• Payload (Nutzdaten)– Sender- und Empfangsadresse
– Sendeoptionen
– Synchronisations- u. Sicherungsinformationen
– Zusätzl. Redundanzen
• Little Endian
• 16 Pakettypen
access codeaccess code headerheader payloadpayload
72b72b 54b54b 0-2745b0-2745b
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Bluetooth MAC-Schicht• Paketkopf
– 1/3-FEC, MAC Adresse (1 Master, 7 weitere Knoten), Verbindungstyp, Alternating-Bit ARQ/SEQ, Prüfsumme
Zugangscode Header Nutzdaten (payload)
72 54 0-2745 Bits
AM_ADDR Typ flow ARQN SEQN HEC
3 4 1 1 1 8 Bits
LSB MSB
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Stationsadresse
• LAP
• UAP
• NAP Non Significant Adress part
• LAP und UAP bilden signifikanten Anteil: – max. 232 BT-Geräte weltweit
LAP UAP NAP
16 Bit8 Bit24 Bit
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Datenpakete- Pakete zur Link-Steuerung
• Werden von SCO und ACL-Link verwendet
• ID-Paket• Null-Paket
– Werden nicht beantwortet– Antwort von Datenpaketen durch Auswertung des Acknowledge und des Flow-Bits
• Poll-Paket– Entspricht Null-Paket– Müssen aber vom Empf. bestätigt werden– Werden vom Master verwendet, zur Prüfung, ob noch Slaves im Piconet vorhanden
• FHS-Paket– Frequency Hopping Synchronisation
• DM1-Paket
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Datenpakete- Pakete des synchronen Link
• Nur 1-Slot-Pakete• HV-Diagramme (High quality voice)
– Sprachdaten werden nicht noch einmal gesendet– Es gibt reine Sprachdatenpakete
• DV (Data, voice)– Datenpaket für die gemeinsame Übertragung von Sprache und Daten
• Erzeugung von Redundanz– Weil nicht noch einmal gesendet werden darf– 2 Verfahren mit FEC – 1 Verfahren mit automat. Sendewiederholung
• 1/3 Rate FEC – Drei gleiche Bits werden hintereinander übertragen, zur Übertragung eines Zeichens
• 2/3 Rate FEC– Hohe Hammingdistanz wird erreicht durch Generatorpolynom
• ARQ-Schema– Kontrollierte Sendewiederholung
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Datenpakete- Pakete des asynchronen Link
• 1-Slot-Pakete, 3-Slot-Pakete, 5-Slot-Pakete
• DMx– Mittlere Datenate
– Da mit FEC 2/3 hohe Datenredundaz
– x Anzahl der Slots, die zur Verfügung stehen
• DHx (Data High Rate)– Daten werden unverschlüsselt gesendet
• AUX1– Wie DH1, aber Verzicht auf CRC-Test
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Senden und Empfangen von Datenpaketen
• Zum Senden und Empfangen werden zwei unabhängige Strukturen für synchronen und asynchronen Datenkanal verwendet.
• ACL:
• SCO:
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Packet Typen / Daten Raten
• ASL –Paketorientiert
• SCO – Leitungsorientiert
0000000100100011
NULLPOLLFHSDM1
NULLPOLLFHSDM1
1
0100010101100111
HV1HV2HV3
DH1
2
DV10001001
101010111100
DM3DH3
3
1101
11101111
DM5DH5
4
TYPESEGMENT ACL linkSCO link
AUX1
DM1
DH1
DM3
DH3
DM5
DH5
108.8
172.8
256.0
384.0
286.7
432.6
108.8
172.8
384.0
576.0
477.8
721.0
108.8
172.8
54.4
86.4
36.3
57.6
TYPE symmetric asymmetric
Data Rates (Kbps)Packet Types
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HCI