So funktioniert Bluetooth

Da unsere Welt zunehmend vernetzt ist, haben wir viele Technologien eingeführt, um mit unseren Freunden und unserer Familie in Kontakt zu bleiben. Eine der beliebtesten ist die Bluetooth-Technologie, die in vielen Geräten zu finden ist, die wir täglich verwenden. Die drahtlose Technologie verbindet Mäuse und Tastaturen mit unseren Computern. Es verbindet unsere Telefone mit unseren Autos , um die neuesten Podcasts während unseres morgendlichen Pendelverkehrs zu erhalten, und es verbindet unsere Smartwatches und Aktivitäts-Tracker mit unseren Smartphones.

Wenn zwei Geräte miteinander kommunizieren müssen, müssen sie sich auf eine Reihe von Punkten einigen, bevor das Gespräch beginnen kann. Der erste Punkt der Übereinstimmung ist physisch: Werden sie über Kabel oder drahtlose Signale sprechen? Wenn sie Drähte verwenden, wie viele sind erforderlich - einer, zwei, acht oder 25? Sobald die physikalischen Eigenschaften festgelegt sind, stellen sich mehrere weitere Fragen:

Da keine physische Verbindung erforderlich ist, erstellt die Bluetooth Special Interest Group (SIG) Standards für die drahtlose Technologie, die Hardwarehersteller beim Erstellen neuer Geräte verwenden können. Mit der Weiterentwicklung der Technologie entwickelt sich auch die drahtlose Kommunikationstechnologie weiter. Zum Zeitpunkt dieses Schreibens gibt es zwei Bluetooth-Technologiestandards, mit denen Entwickler Sie in Verbindung halten. Obwohl ähnlich, gibt es subtile Unterschiede, die sie für verschiedene Anwendungen nützlich machen. Im Folgenden erfahren Sie mehr über die beiden Arten der Bluetooth-Technologie.

1. Bluetooth-Verbindungen
2. Funktionsweise der Bluetooth-Technologie
3. Bluetooth-Reichweite
4. Bluetooth-Sicherheit

Drahtlose Kommunikation ist heute ein weit verbreitetes Phänomen. Viele von uns haben WiFi-Internetverbindungen in ihren Büros und zu Hause. Bluetooth-Geräte kommunizieren jedoch direkt miteinander, anstatt Datenverkehr über ein Zwischengerät wie einen WLAN-Router zu senden. Dies macht das Leben sehr bequem und hält den Stromverbrauch extrem niedrig, wodurch die Batterielebensdauer verbessert wird .

Bluetooth-Geräte kommunizieren über Funkwellen mit geringem Stromverbrauch in einem Frequenzband zwischen 2.400 GHz und 2.483,5 GHz [Quelle: Bluetooth Special Interest Group (SIG) ]. Dies ist eine von wenigen Bands, die durch ein internationales Abkommen für die Verwendung von industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen Geräten (ISM) vorgesehen sind.

Viele Geräte, die Sie möglicherweise bereits verwenden, nutzen dasselbe Radiofrequenzband, einschließlich Babyphone , Garagentoröffner und der neuesten Generation von schnurlosen Telefonen . Es ist wichtig sicherzustellen, dass Bluetooth-Geräte und andere drahtlose Kommunikationstechnologien sich nicht gegenseitig stören.

Ab 2020 gibt es zwei Arten von Bluetooth-Technologie: Bluetooth Low Energy (LE) und Bluetooth Classic (formeller bekannt als Bluetooth Basic Rate / Enhanced Data Rate oder BR / EDR) [Quelle: Bluetooth SIG ]. Beide arbeiten mit demselben Frequenzband, aber Bluetooth LE ist bei weitem die beliebteste Option. Es benötigt viel weniger Energie für den Betrieb und kann neben der Kommunikation über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen zwei Geräten auch für Broadcast- oder Mesh-Netzwerke verwendet werden.

Die klassische Bluetooth-Technologie kann eine etwas höhere Datenrate als Bluetooth LE liefern (3 MBit / s im Vergleich zu 1 MBit / s oder 2 MBit / s), kann jedoch nur für die direkte Kommunikation zwischen zwei Geräten über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verwendet werden. Jede der beiden Arten von Bluetooth-Technologie hat ihre besonderen Stärken, und die Hersteller wählen die Version, die den Anforderungen ihres Produkts am besten entspricht.

Warum heißt es Bluetooth?

Harald Bluetooth war Ende der 900er Jahre König von Dänemark. Es gelang ihm, Dänemark und einen Teil Norwegens zu einem einzigen Königreich zu vereinen, und dann das Christentum in Dänemark einzuführen. In Erinnerung an seine Eltern hinterließ er ein großes Denkmal, den Runenstein Jelling. Er wurde 986 während eines Kampfes mit seinem Sohn Svend Forkbeard getötet. Die Wahl dieses Namens für den Standard zeigt an, wie wichtig Unternehmen aus der nordischen Region (Länder wie Dänemark, Schweden, Norwegen und Finnland) für die Kommunikationsbranche sind, auch wenn dies wenig über die Funktionsweise der Technologie aussagt.

Bluetooth BR / EDR-Geräte müssen immer gekoppelt sein. Dieses Verfahren führt dazu, dass jedes der beiden Geräte dem anderen vertraut und Daten mithilfe von Verschlüsselung auf sichere Weise austauschen kann.

Wenn sich Bluetooth BR / EDR-Geräte in Reichweite befinden, findet ein elektronisches Gespräch statt, um festzustellen, ob sie sich gegenseitig vertrauen oder nicht und über Daten verfügen, die sie gemeinsam nutzen können. Der Benutzer muss normalerweise keine Taste drücken oder einen Befehl geben - das elektronische Gespräch findet automatisch statt. Sobald das Gespräch stattgefunden hat, bilden die Geräte - unabhängig davon, ob sie Teil eines Computersystems oder einer Stereoanlage sind - ein Netzwerk.

Bluetooth LE funktioniert anders. Geräte können auch gekoppelt werden, um eine vertrauenswürdige Beziehung zwischen ihnen herzustellen, aber nicht alle Produkttypen erfordern dies. Ein Bluetooth LE-Gerät, das entdeckt werden möchte, sendet spezielle Nachrichten (sogenannte Pakete) in einem Prozess, der als Werbung bezeichnet wird. Werbepakete enthalten nützliche Informationen zum Werbegerät. Ein anderes geeignetes Gerät findet das Werbegerät, indem es nach Werbepaketen sucht (diese abhört) und diejenigen auswählt, die von geeigneten Geräten stammen. Normalerweise erfolgt das Scannen nur, wenn der Benutzer es beispielsweise durch Drücken einer Taste in einer Smartphone-Anwendung auslöst. In der Regel werden dem Benutzer dann Details zu den entsprechenden Geräten angezeigt, die erkannt wurden, und er wählt dann eines aus, mit dem er eine Verbindung herstellen möchte.

Bluetooth-Peripheriegeräte (z. B. ein Aktivitäts-Tracker und eine Smartwatch), die mit demselben zentralen Gerät (z. B. einem Smartphone) verbunden sind, bilden ein Personal Area Network (PAN) oder ein PiconetzDies kann ein ganzes Gebäude füllen oder einen Abstand von nicht mehr als dem zwischen dem Smartphone in Ihrer Tasche und der Uhr an Ihrem Handgelenk umfassen. Sobald ein Piconetz eingerichtet ist, hüpfen seine Mitglieder gemeinsam auf Funkfrequenzen, damit sie miteinander in Kontakt bleiben und andere Bluetooth-Pikone, die möglicherweise im selben Raum oder auf Geräten mit anderen drahtlosen Technologien wie WLAN betrieben werden, nicht stören. Die Bluetooth-Technologie lernt sogar, welche Funkkanäle gut funktionieren und welche gestört werden, sodass schlechte Kanäle dynamisch vermieden und nur störungsfreie Kanäle verwendet werden können. Dieser Prozess, der als adaptives Frequenzspringen bezeichnet wird, ermöglicht es Bluetooth-Geräten, auch in Umgebungen, in denen eine sehr große Anzahl von drahtlosen Geräten betrieben wird, sehr gut zu funktionieren.

Obwohl viele Bluetooth in erster Linie als Nahbereichstechnologie betrachten, können damit auch Geräte verbunden werden, die mehr als einen Kilometer voneinander entfernt sind [Quelle: Bluetooth SIG ]. Tatsächlich erfordern viele Produkttypen wie drahtlose Kopfhörer, dass die Kommunikationsreichweite der Geräte sehr kurz ist. Da die Bluetooth-Technologie jedoch sehr flexibel ist und an die Anforderungen der Anwendung angepasst werden kann, können Hersteller die Bluetooth-Einstellungen auf ihren Geräten anpassen, um die benötigte Reichweite zu erreichen und gleichzeitig die Akkulaufzeit zu maximieren und die beste Signalqualität zu erzielen.

Verschiedene Faktoren beeinflussen die Reichweite von Bluetooth-Geräten:

Mit einem der neuesten Bluetooth-Technologie-Updates wurde eine Technik namens Forward Error Correction (FEC ) eingeführt, um die Empfindlichkeit des Empfängers zu verbessern. FEC korrigiert Datenfehler, die auf der Empfangsseite erkannt werden, und verbessert die effektive Reichweite eines Geräts um das Vierfache oder Mehrfache, ohne dass mehr Sendeleistung benötigt wird. Dies bedeutet, dass ein Gerät erfolgreich Daten empfangen kann, wenn es sich in einer viel größeren Entfernung vom Sender befindet, wo das Signal viel schwächer ist [Quelle: Bluetooth SIG ].

Die Bluetooth-Technologie umfasst eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen, die selbst die strengsten Sicherheitsanforderungen erfüllen können, wie sie beispielsweise in den Federal Information Processing Standards (FIPS) enthalten sind.

Beim Einrichten eines neuen Geräts durchlaufen Benutzer normalerweise einen Prozess namens Pairing . Durch das Pairing wird jedes Gerät mit speziellen Sicherheitsschlüsseln ausgestattet, sodass sie sich gegenseitig vertrauen. Ein Gerät, für das ein Pairing erforderlich ist, stellt keine Verbindung zu einem anderen Gerät her, mit dem es nicht gekoppelt wurde.

Mit diesen Sicherheitsschlüsseln kann die Bluetooth-Technologie Daten und Benutzer auf verschiedene Weise schützen. Beispielsweise können zwischen Geräten ausgetauschte Daten verschlüsselt werden, sodass sie nicht von anderen Geräten gelesen werden können. Es kann auch ermöglichen, dass die Adresse, die als Identität eines Geräts fungiert und im drahtlosen Datenaustausch enthalten ist, alle paar Minuten getarnt und geändert wird. Dies schützt Benutzer vor dem Risiko, mithilfe von Daten verfolgt zu werden, die von ihren persönlichen elektronischen Geräten übertragen werden.

Wenn Sie Bluetooth-fähige Geräte besitzen, haben Sie dies selbst erlebt. Wenn Sie beispielsweise eine schnurlose Maus kaufen, koppeln Sie sie beim ersten Einschalten mit dem Gerät, mit dem Sie sie verwenden möchten. Sie können die Maus einschalten und dann zu den Bluetooth-Einstellungen auf Ihrem Computer gehen, um das Gerät zu koppeln, sobald Sie seinen Namen in einer Liste des Bluetooth-Zubehörs in der Nähe sehen. Ein Computer kann viele Bluetooth-Verbindungen gleichzeitig verarbeiten. Möglicherweise möchten Sie eine schnurlose Maus, Tastatur und Kopfhörer verwenden.

Die Hersteller dieses Zubehörs werden jedoch die Verbindungen auf jeweils einen beschränken. Sie möchten, dass Ihre Tastatur nur auf Ihrem Computer eingegeben wird oder dass Ihre Kopfhörer speziell auf Ihr Telefon hören. Bei einigen kann der Benutzer das Gerät mit mehreren Computern, Tablets oder Telefonen koppeln, es kann jedoch sein, dass nur eine Verbindung gleichzeitig hergestellt werden kann. Es hängt alles davon ab, was der Hersteller für sein Produkt für sinnvoll hielt.

Einige Geräte benötigen aus Sicherheitsgründen einen Code, wenn sie mit einem anderen Gerät gekoppelt werden. Dies ist ein Beispiel für die Authentifizierungund es stellt sicher, dass das Gerät, mit dem Sie diese vertrauenswürdige Beziehung einrichten, das ist, von dem Sie glauben, dass es es ist, und nicht ein anderes Gerät an einem anderen Ort in der Umgebung. In vielen Autos können Sie beispielsweise Anrufe entgegennehmen, ohne die Hände vom Lenkrad zu nehmen. Wenn Sie diese Funktion zum ersten Mal nutzen möchten, müssen Sie Ihr Telefon und das Audiosystem des Autos über das Unterhaltungsdisplay des Autos und Ihr Smartphone miteinander koppeln. Das Auto gibt Ihnen eine Nummer zum Eingeben. Ihr Telefon teilt Ihnen mit, dass ein Gerät mithilfe eines numerischen Codes koppeln möchte. Sie geben den Code über das Unterhaltungsdisplay ein, um zu bestätigen, dass es sich um eine autorisierte Kopplung handelt. Danach können Sie die Freisprecheinrichtung verwenden, ohne jemals wieder koppeln zu müssen.

Der Benutzer hat auch die Kontrolle über die Sichtbarkeit eines Geräts für andere Bluetooth-Geräte. Auf einem Computer oder Smartphone können Sie beispielsweise auch einfach den Bluetooth-Modus des Geräts auf "nicht erkennbar" umschalten oder Bluetooth einfach deaktivieren, bis Sie es erneut benötigen.

Ursprünglich veröffentlicht am 11. November 2019

Was ist der Unterschied zwischen WiFi und Bluetooth?

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