Vertikale Schnitte

Besondere Stärken des Bluetooth-Standards sind seine Flexibilität und Vielseitigkeit.

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Besondere Stärken des Bluetooth-Standards sind seine Flexibilität und Vielseitigkeit. Zunächst hat Bluetooth lediglich Kabelverbindungen, zum Beispiel zwischen PC und Peripheriegeräten ersetzt, sodass man schnurlos surfen, drucken oder auch vernetzen kann. Zu den "echten" Drahtlos-Anwendungen, die es bei mobilen Geräten wegen der umständlichen Handhabung kabelbasiert gar nicht gäbe, gehören die Übertragung von Terminen, Visitenkarten und Notizen. Nun erweitern die Ingenieure die Bluetooth-Spezifikation zunehmend in dieser Richtung, zum Beispiel für die drahtlose Übertragung von Bildern, Video-Clips oder auch HiFi-Audio-Signalen. Diese 13 Neuzugänge haben wir im Folgenden mit ihren Vorzügen und Nachteilen aufgeführt.

Die Nahtstellen zwischen den Anwendungen und der Bluetooth-Hardware sind die so genannten Profile. Ein Profil legt fest, wie Bluetooth-Protokolle mit bestimmten Parametern genutzt werden, damit zwei Partner herstellerunabhängig kommunizieren können, und zum Beispiel eine Internet-Wählverbindung aufbauen. An solchen Aktionen sind in der Regel mehrere Protokollschichten beteiligt. Nachrichtentechniker sehen die Profile deshalb auch als "vertikale Schnitte" durch den Bluetooth-Protokoll-Stack.

In der Regel ist ein Profil bei den zwei Kommunikationspartnern verschieden ausgelegt wegen ihrer unterschiedlichen Rollen. Beim Dialup Networking Profile (DUN) etwa gehören ein Modem-Skript auf der PC-Seite und eine Modem-Emulation auf Seiten des Bluetooth-Modems zur Spezifikation.

Universal ausgelegt, eignet sich das Bluetooth-Modem-Skript aber nicht wie übliche Modem-Skripts nur für ein bestimmtes Gerät, sondern für jede Wählgegenstelle (Modem oder ISDN), die ein DUN-Profil hat. Diese DUN-Gegenstelle wiederum emuliert immer ein herkömmliches Modem mitsamt einem AT-Interpreter, wählt also zum Beispiel die Rufnummer 12345, wenn sie den Befehl atd12345 via Bluetooth bekommt.

Eine grundlegende Rolle nimmt das Generic Access Profile (GAP) ein, denn darin sind Betriebsmodi oder auch Sicherheitsaspekte so festgelegt, dass GAP-Bluetooth-Geräte verschiedener Hersteller einander "sehen" und auf allgemeiner Ebene interagieren können. Die meisten übrigen Profile setzen direkt oder indirekt auf GAP auf. Darin ähnelt Bluetooth den DECT-Schnurlosgeräten, die ebenfalls einen Standard namens GAP enthalten, sodass sich zum Beispiel ein Siemens-DECT-Telefon an einer DeTeWe-Basisstation anmelden kann.

In Bluetooth ist dieses Konzept aber noch vielfältiger. Schon in Bluetooth 1.1 sind 17 Profile festgelegt. Sie sind zwar für viele Anwendungen ausgelegt, doch für manche neuen unzulänglich. Deshalb kamen eine Reihe weiterer hinzu. Man kann sie in drei Gruppen einordnen, je nachdem, ob sie direkt auf Generic Access Profile (GAP), Serial Port Profile (SPP) oder Generic Object Exchange Profile (GOEP) aufsetzen.

Zu der ersten Gruppe gehören Audio/Video Remote Control, Extended Service Discovery, Common ISDN Access, Personal Area Networking, Hardcopy Cable Replacement, Advanced Audio Distribution, Video Distribution sowie Human Interface Device.

Mit dem vielseitigen Serial Port sowie DUN und Fax gibt es drei Profile, die die wichtigsten Kommunikationsarten so abdecken, dass die herkömmlichen, auf Draht aufsetzenden Anwendungen ohne Änderungen über Bluetooth funktionieren. Das sind Programme für die Internet-Einwahl, die Fax- und Terminal-Kommunikation oder auch Synchronisationsprogramme für Handys. Keines davon berücksichtigt aber die ISDN-Besonderheiten, zum Beispiel die D-Kanal-Signalisierung etwa für die Gebühreninformation, oder die Sprachübertragung. Daher hat man im Sommer letzten Jahres das so genannte Common ISDN Access Profile in die Spezifikation aufgenommen (CIP).

Bluetooth-PCs, die mit CIP ausgestattet sind, können sämtliche vormals für ISDN-Karten konzipierten Anwendungen, die auf der ISDN-Schnittstelle CAPI aufsetzen, nun über Funk nutzen. Die CAPI-Schnittstelle und die CAPI-Anwendungen müssen dabei nicht mehr in einem Gerät, nämlich dem PC, vereint sein. Vielmehr wird das CAPI nun Bestandteil des nur per Funk angebundenen ISDN-Adapters, während die Anwendungen auf dem PC verbleiben.

Die CAPI-Programme kommunizieren zwar wie bei herkömmlichen ISDN-Lösungen über CAPI-Messages mit dem ISDN-Adapter, doch befördert nun Bluetooth die Kommandos zwischen CAPI und Programmen. Erst der CAPI-Bluetooth-Adapter generiert D-Kanal-Nachrichten, um Daten- oder Sprachverbindungen aufzubauen. Wegen der Funkübertragung wurde die CAPI-Spezifikation etwas erweitert, um zum Beispiel zu berücksichtigen, dass Nachrichten auf dem Funkweg verloren gehen können oder verzögert eintreffen.

Darüber hinaus bietet CIP noch weitere, weniger offensichtliche Vorzüge: Während man Sprache üblicherweise über synchrone, verbindungsorientierte Links befördert (SCO, Synchronous Connection Oriented), öffnen CIP-Geräte auch für die Sprachübertragung, zum Beispiel für Anrufbeantworter- oder Telefonie-Programme, einen "einfachen" asynchronen, verbindungslosen Link (ACL, Asynchronous Connectionless Link).

Das hat mehrere Vorteile: Anders als SCO-Links, die sich 64 kBit/s reservieren, belegen AC-Links die Funkkanäle nur bei Bedarf. So bleibt für andere Teilnehmer des Pico-Netzes mehr Bandbreite übrig. Zudem müssen bei CIP die Sprachsignale nicht vom ISDN-Standard auf eines der beiden Bluetooth-Verfahren umkodiert werden (logPCM oder CVSD), sondern sie werden einfach in CAPI-Messages gekapselt und zum PC durchgereicht. So bleibt die Sprachqualität auf dem hohen ISDN-Niveau.

Bluetooth-ISDN-Geräte mit CIP gibt es bereits seit geraumer Zeit vom Berliner Kommunikationsspezialisten AVM, der auch die CIP-Spezifizierung angestoßen hat. Dazu zählen der Blue-Fritz! USB-Adapter für PCs sowie die ISDN-Adapter AP-X und AP-ISDN.

Erste Geräte mit dem Personal Area Network Profile, PAN, gibt es ebenfalls schon am Markt. PAN wurde hauptsächlich deshalb konzipiert, weil bisherige Vernetzungstechniken, DUN und LAN Access Profile (LAP), für die Anmeldung PPP verwenden (Point-to-Point Protocol) und damit bei der Authentifizierung auf spezielle Server angewiesen sind. Das dürften Handheld-bewehrte Bluetooth-Surfer umständlich finden, denn ob zu Hause, unterwegs oder in der Firma, in jedem der Netze müssen Administratoren zunächst Kennungen anlegen, bevor der ungeduldige, mobile Surfer "rein" kann.

PAN kommt ohne PPP aus, setzt aber auf dem neuen Bluetooth Network Encapsulation Protocol auf (BNEP), das Ethernet-Rahmen, also Netzwerk-Pakete über Bluetooth befördert. Während LAP und DUN ihre PPP-Pakete erst umständlich über die serielle Schnittstelle (SPP) leiten müssen, setzt BNEP direkt auf L2CAP auf, dem Data-Link-Layer von Bluetooth (Logical Link Control and Adaptation Protocol). Derzeit ist lediglich spezifiziert, wie BNEP IPv4- und IPv6-Pakete übertragen soll. Der Transport von IPX und anderen Netzwerkprotokollen ist immerhin theoretisch möglich.

Das PAN-Profil gibt es in drei Ausprägungen: Wie bei LAP kann man Access-Points bauen (PAN-APs), die Bluetooth-Funkern den Zugang zu einem Ethernet-LAN vermitteln (PAN Units, PANU). Vom LAN-basierten DHCP erhalten sie ihre IP-Adresse und können dann andere LAN-Dienste nutzen.

Statt sich bei einem fest installierten PAN-AP anzumelden, können sich auch mehrere PANUs kooperativ untereinander vernetzen. Ein Master, der Group Ad-hoc Network Point, (GN), koordiniert das Geschehen. In diesem Ad-hoc-Netz gibt es jedoch weder DHCP-Server noch andere typische LAN-Dienste. Deshalb müssen sich PANUs über das so genannte Autonet-Verfahren unter anderem IP-Adressen selbst zuteilen.

Interessant ist, dass die Entwickler nicht nur Bridges oder Router als Mittler zwischen Bluetooth und anderen Netzwerken erwarten (ISDN oder auch LAN), sondern ausdrücklich auch Handys als Access Points vorsehen — für den Internet-Zugang über Mobilnetze. Bisherige Bluetooth-Handys haben nur das DUN-Profil für Wählverbindungen, sie verhalten sich zum PC, Laptop oder PDA also wie ein Modem, das einen Client bedient. Mittels PAN dürften nun mehr "echte" Netzwerk-Funktionen in die Handys einziehen, da sie ja bei Anfragen selbstständig Internet-Verbindungen aufbauen und ein bis mehrere PANUs versorgen sollen.

Gruppenbildung: Alle Profile setzen zwar letztlich auf GAP auf, manche erfordern aber mehr Protokollaufwand als andere.

PAN ist allerdings nicht bis ins letzte Details durchdefiniert. Beispielsweise überlassen es die Entwickler den Geräteherstellern, sinnvolle Verfahren für die Implementation von Broadcast und Multicast zu finden — nur in normalen, kabelgebundenen Netzen ist es sinnvoll, jeden Teilnehmer mit Broadcast- oder Multicast-Paketen zu versorgen. Bei Funknetzen dürfte das unnötig die Bandbreite verknappen. Auch müssen inaktive Bluetooth-Teilnehmer berücksichtigt werden.

Das Hardcopy Replacement Profile (HCRP), das auch die Scanner-Steuerung vorsieht, benötigt weniger Kontroll-Kommandos, sodass die Bluetooth-Bandbreite besser ausgeschöpft wird. Erste Produkte mit HCRP sind zwar von Ricoh oder auch Epson angekündigt (Drucker), außer dem Bluetooth-Set von Microsoft, dem Wireless Optical Desktop for Bluetooth (eine PC-Erweiterung), gibt es in Deutschland aber noch keines am Markt.

Microsofts Set ist auch die erste Bluetooth-Erweiterung, die neben dem USB-Adapter und einer Maus auch eine Schnurlos-Tastatur mitbringt. Dafür nutzt es das eigens entwickelte Human Interface Device Profile (HID). Zuvor ließen sich Eingabegeräte nur träge mittels AT-Befehlen steuern. Deswegen waren Bluetooth-Tastaturen und -mäuse selten. Logitech hat zum Beispiel schon seit langem ein Set im Programm, das sich aber nur für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen einem PC-USB-Adapter und der zugehörigen Maus eignet. Eine Tastatur gehört nicht dazu und für das übrige große Feld der Bluetooth-Anwendungen ist Logitechs Ansatz nicht geeignet.

Microsofts Bluetooth-USB-Adapter kann aber dank der Punkt-zu-Multipunkt-Auslegung nicht nur ĂĽber HID gleichzeitig mit Tastatur und Maus kommunizieren, sondern zum Beispiel ĂĽber DUN ein Bluetooth-Modem steuern und so Internet-Verbindungen herstellen.

Und mit HID müssen sich PC und Tastatur nicht umständlich über AT-Kommandos verständigen, sondern können wie PAN-Geräte unmittelbar über L2CAP kommunizieren. Als sehr praktisch dürfte sich auch erweisen, dass das HID-Profil wesentliche Teile des schon für USB spezifizierten Human Interface Device nutzt; so können sich Entwickler zum Beispiel auf die bei Windows schon vorhandenen HID-Treiber stützen. Dennoch ist das HID-Profil so flexibel gefasst, dass zusätzlich nicht nur Bluetooth-Joysticks und -trackballs möglich sind, sondern auch die Fernbedienung von Video-Recordern oder auch die Messwert-Erfassung, etwa von Temperatursensoren.

Als wichtigste Voraussetzungen für HID-Geräte nennt die Spezifikation ein eingeschränktes Discovery. Tastaturen und Mäuse sollen nach der Kopplung mit dem PC unsichtbar sein, um Manipulationsversuche auszuschließen. Zudem können Maus und Tastatur nach der Kopplung nur verschlüsselt kommunizieren.

Wenngleich HID seit Dezember 2002 festgeklopft ist und schon eine Bluetooth-Tastatur und -maus am Markt sind, ist fraglich, ob man in nächster Zeit eine Produktschwemme erwarten kann. HID nutzt nämlich wie DUN ACL-Verbindungen, für die aber kein Quality of Service spezifiziert ist. Zugesicherte, kurze Latenzzeiten, die für Tastatur- und Mauseingaben unerlässlich sind, gibts nur bei der für die Sprachübertragung ausgelegten SCO-Verbindung.

ACL-Verbindungen sind hingegen untereinander gleichberechtigt, sodass besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen, damit Tastatur und Maus jederzeit verlässlich ihre Eingaben zum PC übermitteln können, allein schon um eine Bluetooth-Surfverbindung jederzeit unterbrechen zu können. Immerhin produzieren ja weder Maus noch Keyboard sehr große Datenmengen. Für die Übermittlung der Mauskoordinaten etwa werden nur wenige hundert Bytes pro Sekunde benötigt. Das HID-Profil führt aber Behelfslösungen auf, die eine Art QoS ergeben sollen. Anscheinend funktionieren sie auch, denn in der Praxis stockten Microsofts Maus und Keyboard bisher nicht.

Höherwertige Stereo-Übertragungen fordern aber weit mehr; CD-Qualität benötigt zum Beispiel 1,41 MBit/s. Deshalb wurde das Advanced Audio Distribution Profil (A2DP) entwickelt. Zwar braucht man bei der Musikübertragung keine symmetrischen synchronen Kanäle, denn die Audio-Signale werden nur vom Player zum Lautsprecher oder Kopfhörer oder vom Mikrofon zum Recorder übertragen. Doch da Bluetooth bestenfalls 723 KBit/s transüortiert, musste man auf ein Streaming-Verfahren mit verlustbehafteter Audio-Kompression zurückgreifen.

A2DP ist deshalb für den von Philips entwickelten low complexity Sub Band Codec ausgelegt (SBC). Laut Spezifikation muss der Hersteller Abtastraten von 44,1 und 48 kHz einbauen, die 16- und 32-kHz-Varianten darf er nach Gutdünken hinzufügen. Zusätzlich zu SBC darf er auch MPEG-1- und MPEG-2-Audio sowie MPEG-2-AAC und MPEG-4-AAC (Advanced Audio Coding) und das von Mini-Discs bekannte ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding) implementieren. Cineasten dürften dennoch nicht ganz glücklich sein, denn A2DP ist nur für zwei Kanäle ausgelegt. Zusätzlich ist A2DP wie HID dadurch benachteiligt, dass für ACL-Verbindungen kein hardwareseitiges Quality of Service (QoS) definiert ist. Soll die Musik in einem Piconet auch bei mehreren aktiven Bluetooth-Links ohne Aussetzer erklingen, muss der Hersteller selbst geeignete Vorkehrungen suchen.

Toshiba hat schon im Januar 2001 ein Headset mit A2DP angekündigt, Openbrain hat bereits Prototypen gezeigt und Fujitsu hat mit dem AirJuke angeblich den ersten MP3-Player mit A2DP überhaupt. In Deutschland ist aber noch keines der Geräte auf dem Markt. Möglicherweise ist das QoS-Problem der Grund für die ausbleibende Präsenz.

Mit dem Video Distribution Profile (VDP) soll ein äquivalentes Profil für Video-Streaming her, doch wird daran noch gefeilt. Als Grundlage für A2DP und VDP dient ein drittes Profil, namens Generic Audio Video Distribution (GAVDP). Im Wesentlichen erledigt es Steuerungsaufgaben; setzt also Streaming-Kanäle, die im ACL-Modus aufgebaut werden.

Keines der drei Profile sieht aber eine wünschenswerte Fernsteuerung vor. Dafür gibt es zusätzlich zum HID ein gesondertes Profil namens Audio/Video Remote Control. Da nicht jedes Audio-Gerät wie etwa Boxen eine Fernsteuerung benötigt, ist den Herstellern überlassen, ob sie es in einem Audio- oder Video-Gerät einbauen. Gegenüber bisherigen Infrarot-Fernsteuerungen verspricht AVRCP viel mehr Komfort, bei gleich bleibender Steuerung über den etablierten AV/C Command Set. Zum einen müssen Sender und Empfänger nicht aufeinander ausgerichtet sein, denn Bluetooth-Funk kann anders als Infrarot auch Wände durchdringen, zum anderen sind die Rollen sehr flexibel ausgelegt.

In einer Situation kann ein Audio-Player als Controller agieren (CT), um etwa die Lautstärke des Kopfhörers einzustellen, in der nächsten wechselt er in den Target-Modus (TG), um Kommandos des Kopfhörers auszuführen. So wird ein Kopfhörer, mit eingebauter Fernbedienung, der ursprünglich Target war, zum Controller, wenn er etwa ein Stück auf dem Player startet oder stoppt (siehe Grafik auf der vorherigen Seite).

Hands-Free, HFP, ist ein naher Verwandter des Headset Profils. Gedacht ist es für Auto-Freisprecheinrichtungen (Car-Kits), die Handys "fernsteuern", also etwa Anrufe einleiten oder annehmen. Dabei verständigen sich das Car-Kit und das Handy mittels AT-Kommandos. Für die Sprachübertragung, die beide Seiten jederzeit starten und beenden können, nutzt HFP SCO-Links. Als Codec wird CVSD eingesetzt (Continuous Variable Slope Delta Modulation). CVSD ist gegenüber dem verbreiteten logPCM aufwendiger, aber auch robuster. Viele dürften logPCM (logarithmische Pulse Code Modulation) von der ISDN-Sprachübertragung kennen.

Theoretisch könnte man auch in Car-Kits das Headset-Profil einsetzen, doch Headsets, ans Ohr anzuklemmende Sprechfunkgeräte, müssen in puncto Größe, Energieverbrauch und Anzahl der Bedienelemente sehr sparsam gestaltet sein — darauf nimmt das Headset-Profil Rücksicht. Für ein im Auto eingebautes Car-Kit sind Leistungsaufnahme oder Größe keine besonders wichtigen Parameter, sodass Car-Kits leistungsfähigere Chips nutzen können und damit Rechenzeit fressende Feinheiten wie Rauschunterdrückung und Echokompensierung möglich sind.

Eine runde Lösung scheint HFP aber nicht zu sein, denn Rauschunterdrückung und Echokompensierung sind nur optional. Auch eigentlich selbstverständliche Funktionen wie Rufnummerneingabe auf Seiten des Car-Kits, die Wahlwiederholung oder die Übertragung der Rufnummer ist nicht fest vorgeschrieben. Zudem ist nicht spezifiziert, wie das Audio-Gateway, also das Handy, Telefonkonferenzen handhaben soll. Wenn ein Car-Kit dieses Feature bietet, dürfte es also nur mit Handys vom selben Hersteller funktionieren. Interessenten sollten HFP-Car-Kits also besonders umsichtig auswählen.

Damit man die SIM-Karte eines Mobiltelefons mit anderen Systemen im Auto nutzen kann, ohne sie dafür herausnehmen zu müssen, hat man das SIM Access Profile (SAP) entwickelt. SAP übergibt sämtliche Informationen einer Handy-SIM, etwa gespeicherte Nutzer-Profile, Adress-daten, Telefonnummern und so weiter drahtlos an ein Car-Kit, das sich statt dem Handy im Mobilnetz anmeldet und so mit seiner Außenantenne für bessere Sprachqualität sorgt. Auch kann man Car-Kits erwarten, die ein größeres Display nebst "echter" Tastatur für die SMS-Kommunikation enthalten. SAP soll zudem für drahtloses Billing geeignet sein.

Basic Printing (BPP) ist anders als Serial Port oder Object Push, die beide auch für Druckanwendungen geeignet sind, besonders für Speicher-Winzlinge wie PDAs und Handys gedacht, also zum Ausdrucken etwa von E-Mails oder SMS-Nachrichten. Weder Serial Port, noch HCRP oder Basic Printing berücksichtigen jedoch die Anforderungen von Digitalkameras. Dafür wurde eigens das Basic Imaging Profile, BIP, konzipiert. Es befördert Bilder, zum Beispiel im JPEG-Format, von einer Digitalkamera zum PC oder Druckern. Zu den Besonderheiten zählt, dass es Thumbnails mit 160 x 120 Pixeln befördern kann — so lassen sich Übersichtsbilder von mehreren Aufnahmen ausdrucken. Doch BIP scheint noch nicht vollendet. Es gibt zwar für die Ausgabe von Foto-Formaten einen "nativen" Modus, doch darin sind bisher nur Auflösungen bis 1280 x 1024 Pixeln definiert. Später sollen größere Formate hinzukommen.

Eine besondere Rolle nimmt schlieĂźlich das Enhanced Service Discovery Profil ein. Anders als das "alte" Service Discovery soll es die Diensteabfrage und -erkennung auf Basis des Universal Plug and Play ausfĂĽhren (UPnP). Es sind jedoch gleich drei Wege fĂĽr die Implementation vorgesehen, einer ĂĽber den L2CAP-Layer und je einer ĂĽber die Vernetzungs-Profile PAN und LAP.

Deshalb taucht ESDP in Übersichtsgrafiken über Profilabhängigkeiten an drei Stellen auf. Mit ESDP soll man künftig Peripherie-Geräte auch jenseits lokaler Piconets, die aus einem Master und bis zu sieben Slaves bestehen können, also in komplexen Scatter-Netzen mit mehreren Mastern aufspüren und koppeln können.

Einige der Neuerungen sind schon in Gestalt interessanter Geräte zu bewundern, ISDN-Adapter zum Surfen etwa. Andere sollten nun bald nachziehen, besonders die mit Spannung erwarteten MP3-Player, Kopfhörer und Lautsprecher. Doch die Bluetooth-Konstrukteure werden sich noch mehr einfallen lassen müssen — neue Profile allein reichen nicht, um in attraktiven Bereichen Fuß zu fassen. Vor allem müssen für Video-Anwendungen die höheren Bandbreiten her, die das ab Sommer erwartete Bluetooth 1.2 und die später kommende Version 2.0 versprechen.

Die Version 1.2 könnte immerhin schon mit Geschwindigkeiten von 2 bis 3 MBit/s aufwarten, 2.0 gar bis zu 12 MBit/s schnell werden. Doch während manche Bluetooth-Mitglieder die Idee verfechten, 1.2 zu überspringen, zieht eine andere Gruppe am anderen Ende desselben Strangs und will ein "Mini-Bluetooth" durchsetzen, das nicht schneller, sondern kleiner und Strom sparender ist. Ein Anwendungsbeispiel dafür ist etwa ein Funkthermometer an Fensterscheiben. (em) (mur)