Multimediasysteme mittels Bluetooth in der Automobilindustrie
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| Name des Autors | Rodrigo Pino Garrido |
| Titel der Arbeit: | "Multimediasysteme mittels Bluetooth in der Automobilindustrie " |
| Hochschule und Studienort: | FOM Essen |
Inhaltsverzeichnis |
1 Abkürzungsverzeichnis
| Abkürzung | Bedeutung |
|---|---|
| A2DP | Advanced Audio Distribution Profile |
| AVRCP | Audio Video Remote Control Profile |
| BIP | Basic Imaging Profile |
| BPP | Basic printing Profile |
| DUN | Dial-up networking Profle |
| FAX | Fax Profile |
| FTP | File Transfer Profile |
| HFP | Hands-Free Profile |
| OPP | Object Push Profile |
| ISO | Internationale Organisation für Normung |
| PAN | Personal Are Networking Profile |
| SAP | SIM Access Profile |
2 Abbildungsverzeichnis
3 Einleitung - Warum Bluetooth?
Bluetooth ist ein offener Standard für digitale Funkübertragung von Daten und Sprache mit kurzer Reichweite. Dieser Standard benutzt dafür das unlizensierte Frequenzband ISM (Industrial, Scientific, Medical), welches ursprünglich reserviert war für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen. Dieses Frequenzband ist im allge-meinen überall auf der Welt verfügbar.
Die Spezifikation zu Bluetooth beinhaltet kabellose Schnittstellenprotokolle um verschie-denen bluetoothfähigen Geräten gleichzeitig die Kommunikation untereinander zu er-möglichen und Interferenzen von externen Quellen zu überwinden, wie zum Beispiel von haushaltsüblichen Mikrowellenöfen. Die normale Reichweite des Bluetooth Standards beträgt 10m, sie kann allerdings mit ei-nem Verstärker erweitert werden.
Das Ziel der Entwickler von Bluetooth war, die Kommunikation zwischen beliebigen Ge-rä-ten zu ermöglichen bei relativ geringen Kosten. Als die weit verbreitete Infrarot-Schnittstelle konzipiert wurde, mittlerweile Standard bei Mobiltelefonen und Computern, war es entscheidend, dass die Implementierungskosten niedrig sind. Die Zielkosten lagen bei 5 $ und sind der Grund dafür, dass heute 90 % aller Mobiltelefone und Computer mit einer Infrarotschnittstelle ausgestattet sind. Eine anspruchsvolle Funkschnittstelle wie Bluetooth ist komplizierter und flexibler als ei-ne Infrarotschnittstelle und deshalb auch entsprechend teurer.
Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Größe der Schnittstelle. Bei immer kleiner und leichter werdenden Geräten ist es notwenig, dass Bauteile in ihren Abmassen ebenfalls schrumpfen und so wenig Ressourcen bzw. Leistung wie möglich vom Hauptsystem bzw. einer Batterie verbrauchen. Die Bluetooth-Implementation ist auf sehr kleinem Raum möglich, da sie nur einen ein-zigen Chip und zugehörende RF Komponenten umfasst. Aufgrund dieser Gegebenheiten ist sie leicht in entsprechenden Systemen zu verbauen. Ihre geringe Ausgangsleistung und ihr intelligentes leistungssparendes Design stellen einen geringen Stromverbrauch sicher.
Bluetooth hat das Potential um viele Bereiche zu beeinflussen, sogar in Bereichen, in de-nen es unvorstellbar war: Beispielsweise ist die Idee, ein Kühlschrank teilt über Bluetooth der Mikrowelle mit, welche Zutaten zur Verfügung stehen und die Mikrowelle „antwortet“ mit Menüvorschlägen, nicht mehr abwegig.
Doch ein besonderer Bereich auf den Bluetooth bedeutenden Einfluß hat und haben wird ist die Unterstützung anderer kabelloser Sendemechanismen wie die Mobilfunktechnolo-gie. Während nationale Netzwerke zugeschnitten sind auf Datenübertragung in Bewe-gung oder kabellos zu jedem beliebigen Ort, sollte eine rein lokale Kommunikation auch durch ein lokales Kommunikationssystem realisiert werden. Dies hat mehrere Gründe:
Jedes WLAN Netzwerk erfüllt die Anforderungen von Bluetooth, doch die Ausstattung der Geräte mit der entsprechenden WLAN Technik ist im Vergleich zu Bluetooth wesentlich teurer. Jedes Gerät müsste mit einem Sendeempfänger ausgestattet sein und die Basis-stationen müssen eine umfangreiche Kapazität bieten, um den Datenverkehr mit einem angemessenen Abstand zwischen den einzelnen Daten sicher bewältigen zu können. (Die ungefähren Kosten für Basisstationen liegen bei 10000 $, die für die Transceiver bei 100$.) Darüber hinaus ist das RF Spektrum eine begrenzte Quelle mit steigenden Bean-spruchungen und muss effizient eingesetzt werden, um die maximale Ausnutzung jedes MHz zu sichern.
Einige Geräte, wie PDAs, LANs, Haushaltsgeräte und Warenautomaten kommunizieren jedoch nur lokal und erfordern nur zeitweilige Kommunikation innerhalb eines lokalen Bereiches. Für viele Geräte besteht keine Notwendigkeit Zugang zum weltweiten Netz zu haben.
Bluetooth kann aufgrund seiner Flexibität und seiner geringen Kosten jede lokale Ver-bindung bereitstellen und zusätzlich ein Tor zu dem nationalen Netzwerken bieten, wenn dies gewünscht ist. Obwohl es bereits lokale Netzwerkdienstlösungen wie etwa DECT oder Infrarot gibt, die die geschilderten Anforderungen erfüllen, ist keines der Systeme so flexibel, weisen Sys-temmängel auf oder sind in ihrer Realisierung nicht so kostengünstig wie Bluetooth.
4 Was ist Bluetooth
Bluetooth ist eine Funktechnik zur Datenübertragung mit lokalen Reichweiten. Die Tech-nik besteht aus einem Transceiver zum Senden und Empfangen von Signalen realisiert in einem kleinen Chip. Mittels einer Software und dem integrierten Chip wird ein x-beliebi-ges Gerät bluetoothfähig
4.1 Historische Hintergrund
Die Entwicklung von Bluetooth begann mit einer Studie, die die schwedische Firma Erics-son, der weltweite Marktführer im Bereich Mobilfunknetze, im Jahr 1994 durchführte. Man wollte untersuchen, welche Möglichkeiten es gibt zur Entwicklung einer Funkverbin-dung zwischen Mobiltelefon und zugehörigen Peripheriegeräten. Aus der Studie resul-tier-te die Arbeitsgruppe „Bluetooth SIG“ (Special Interest Group), welche sich aus nam-haften Firmen zusammensetzte: Ericsson, IBM, Intel, Nokia und Toshiba. Vier Jahre später wur-den zum ersten Mal Ergebnisse der Zusammenarbeit der Öffentlichkeit präsentiert. Die Version 1.0 des neu entwickelten Standards wurde im Juni 1999 abgeschlossen und un-ter dem Namen Bluetooth freigegeben.
Dieser Name zollt Tribut an den signifikanten Entwicklungsanteil der skandinavischen Beteiligung und hat zugleich im übertragenen Sinn eine Bedeutung: Bluetooth ist eine Übersetzung des schwedischen Namens Blatand, welchen ein Wikinger König aus der Vergangenheit trug. Angeblich hatte dieser während seiner Herrschaft skandinavische Länderteile geeint. Die neue Funktechnologie, als Schnittstelle verstanden, vereint eben-falls bestehende Standards und verschiedenste Geräte.
Im Jahr des ersten Release schlossen sich weitere Firmen dem Konsortium an: 3COM, Lucent, Microsoft und Motorola. Bis heute sind 1900 Firmenbeteiligungen an der Entwicklung des Standards verzeichnet. Da es sich um einen offenen Standard handelt und keine herstellerspezifische Spezifikation, konnte jeder Hersteller den Standard ohne Restriktionen nutzen. Dadurch war das allgemeine Interesse an einer schnellen Marktein-führung bei allen Beteiligten entsprechend hoch.
4.2 Bluetooth-Technologie
Das Besondere an Bluetooth ist, das mehrere Geräte gleichzeitig miteinander kommunizieren können. Dies ermöglicht die spontane Realisierung von Ad-Hoc-Netzen, sogenannte Pico-Netze, in die bis zu acht Geräte, mobil oder stationär, eingebunden werden können. Es können mehrere Pico-Netze nebeneinander existieren, wobei die Clients das Netz beliebig verlassen oder sich ihm wieder zu-schalten können. Nur für die Sequenz einer Übertragung muss eine Verbin-dung aufrechterhalten werden. Darüber hinaus erkennen sich Bluetooth-Geräte in Reichweite automatisch und können sich ohne zusätzliche Benutzereingabe sogar automatisch miteinander verbinden, was beispielsweise eine automatische Da-tensynchronisation im heimischen Netzwerk, bestehend aus Mobilfunkgerät, PDA, Organizer und Computer, ermöglicht. Bluetooth kommuniziert im 2,4 GHz Frequenzband, das Industrial Scientific Medi-cine Radioband. Dieses Frequenzband ist mit Ausnahme von Frankreich weltweit lizenzfrei nutzbar. Obwohl WLAN diese Frequenz nach den Industriestandard 802.11 auch nutzte, stellt Bluetooth keine Konkurrenz zu WLAN dar. Die Anwen-dungsgebiete beider Technologien sind zu unterscheiden, allerdings kann es trotzdem zu gegenseitigen Störungen kommen. Bluetooth arbeitet wie bereits erwähnt auch ohne Sichtkontakt. Die Geräte müs-sen nicht ausgerichtet sein, können sich sogar während der Kommukation in Schränken, Jacken oder Taschen befinden. Das Signal kann sogar Wände durch-dringen.
5 Verwendung von Bluetooth
Bluetooth ermöglicht das einfache Transferieren von Daten, weshalb es sehr spontan ge-nutzt werden kann. Es ist einfach zu verstehen und anzuwenden. Es ist kein Problem gerade eben geschossene Fotos auf einem Fest an andere Gäste via Bluetooth zu versenden oder auf einem digitalen Bilderrahmen darzustellen. Auch mp3-Files können via Bluetooth von einem Datenspeicher versendet und auf einer Musikanla-ge adhoc abgespielt werden. Die Versendung von Visitenkarten ist genauso einfach wie die Verknüpfung des Mobiltelefons mit dem Head-Set oder der Freisprecheinrichtung des Autos.
5.1 Welche Geräte nutzen Bluetooth?
Bluetooth kann in nahezu jedem Gerät, welches zur Datenübertragung eingesetzt werden soll, genutzt werden. In folgenden Geräte gehört Bluetooth schon zum Teil seit Jahren zur Standardausstattung: Mobilfunktelefone, Freisprecheinrichtungen, Navigationsgeräte, Head-Sets, Audio-Transmitter, Computer, Notebooks sowie entsprechende Peripheriege-räte, wie Drucker, Kamera, digitale Bilderrahmen.
5.2 Wo wird Bluetooth noch eigesetzt
Über die genannten Anwendungsbereiche hinaus bietet Bluetooth ein riesiges Potential an Möglichkeiten von denen bisher nur ein Bruchteil ausgeschöpft sind. Mögliche Szena-rien sind bsp.: Der Kühlschrank sendet eine Einkaufsliste auf das Mobilfunktelefon, so-bald dieses in Reichweite ist. Patienten-Karteikarten in Arztpraxen können gespart wer-den, da zum Beispiel Ergebnisse von Röntgenaufnahmen direkt an den Zentralcomputer übersendet werden. Im -,real Future Store in Tönisvorst wird die Bluetooth-Technologie in einem Pilotprojekt für Werbezwecke getestet: City-Light-Poster mit Bluetooth-Funktion Am City-Light-Poster am Markteingang können Sie gratis beispielsweise einen Klingelton für Ihr Mobiltelefon herunterladen. Aktivieren Sie dafür die Bluetooth-Funktion Ihres Handys und folgen Sie den Anweisungen auf dem Display.[1] Ein besonderer Bereich für den Einsatz von Bluetooth ist jedoch die Automobilindustrie. Mittlerweile ermöglichen verschiedene einheitliche Anwendungsprofile wie das Hands Free Profile, das Head Set Profile oder das Synchronization Profile einen besonderen Komfort mittels Bluetooth. Telefongrundfunktionen und Audiofunktionen können mithilfe dieser Profile über das Fahrzeug gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Fahrer sich SMS über die Audiowie-dergabe des Fahrzeugs vorlesen lassen. Daten des Organizers können u.a. mit dem in-tegrierten Navigationssystem des Fahrzeugs synchronisiert werden, um die Adressdaten aktuell zu halten. Zukunftszenarien in der Automobilindustrie beschreiben die Informationsübertragung auf Fahrzeuge von Tankstellen, Hotels oder anderen Points of Interests, sobald man sich in Reichweite befindet.
6 Die technischen Möglichkeiten und Grenzen von Bluetooth
Die Vorteile der Bluetooth-Technologie sind zusammengefasst die geringe Größe bei gleichzeitig günstiger Technik und äußerst geringem Stromverbrauch. Das System kann bis zu 8 Geräte gleichzeitig verbinden und bildet damit ein sogenanntes Pico-Netz, wel-ches sich immer aus einem Master und maximal 7 Clients zusammensetzt. Dabei müs-sen die Geräte nicht aufeinander ausgerichtet sein oder Sichtkontakt haben. Lediglich eine Verifizierung beim Pairing über einen Identifikationsschlüssel reicht aus, um die Verbindung aufzubauen. Natürlich nur unter der Voraussetzung das sich die Geräte in Reichweite befinden. Diese liegt standardmäßig bei bis zu 10m. Hier ist die Bluetooth-Technik begrenzt, allerdings ist dies kein Defizit, da der Einsatz von Bluetooth ausdrück-lich für Personal Area Netze konzipiert ist.
Die Beschränkung auf 8 Geräte limitiert die Bluetooth Technologie offenbar auch in ihrer Netzgröße, jedoch lassen sich auch sogenannte Scatter-Netze aufbauen. Scatter-Netze bauen unter den Mastern der Piconetze über einen Brückenknoten Verbindungen mitei-nander auf.
Mit Bluetooth verknüpfte Geräte kommunizieren über zuvor festgelegte Bluetooth Profile, wie bereits im Abschnitt 3.2 vorgestellt. Die Profile gelten immer für bestimmte Anwen-dungsbereiche. Ein allen anderen Profilen übergeordnetes Profil ist das GAP Generic Ac-cess Profile, welches dann Anwendung findet, wenn die verbundenen Geräte über kein anderes Profil kommunizieren können.
6.1 Übertragungsgeschwindigkeit
Die Bluetooth -Standards 1.0, 1.1 und 1.2 haben eine Übertragungsrate von 723 Kilobit pro Sekunde (Kbps). Dies entspricht 0.723 Megabit pro Sekunde Mbps). Der langsamste WLAN Standard ist 54 mal schneller. Mit den neueren Bluetooth Standards 2.0 und 2.1 hat sich die Übertragungsgeschwindigkeit mit 2,1 Mbps verdreifacht.
6.2 Übertragungsprozess
Bluetooth benutzt das Frequenzsprungverfahren, um die Audio-, Video- und Datenübertragung in Echtzeit zwischen Bluetooth Hosts zu realisieren. Das Verbindungsprotokoll benutzt Zeitschlitze, welche über eine 28Bit-Uhr in einem Bluetooth-Controller-Unterprogramm definiert werden. Das gesamte Frequenzband wird in 79 Kanäle zu je 1 MHz aufgeteilt. Der untere Frequenzbereich liegt bei 2,402 GHz, der obere bei 2,480 GHz. Bei Datenübertragung werden die Daten in Pakete aufgeteilt. Innerhalb eines Zeitschlitzes wird ein Teil der Datenübertragung, das Datenpaket, über einen der Kanäle gesendet. Danach wechselt der Sendekanal. Dies geschieht bis zu 1600 Mal pro Sekunde. Innerhalb eines Pico-Netzes werden alle zugehörigen Geräte mit der gleichen Hopping-Frequenz synchronisiert.
6.3 Reichweite
Standardmäßig ist die Reichweite von Bluetooth 10m unabhängig von der Bluetooth Version. Die meisten Geräte funken innerhalb dieser Reichweiter und qualifizieren sich nebenbei durch einen äußerst geringen Stromverbrauch: Im Standby weniger als 3% eines normalen Mobilfunkgerätes. In aktivem Status liegt der Stromverbrauch zwischen 8 und 30 mA. Bluetooth kann den Stromverbrauch variabel anpassen je nach dem in welchem Status sich das Gerät befindet oder in welchen es wechselt. Darüber hinaus gibt es zwei weitere Geräteklassen mit einer größeren Reichweite und einem entsprechend höheren Stromverbrauch. Klasse 2 hat eine Reichweite von 50m und funkt mit 10 Milliwatt. Klasse 3 erreicht bis zu 100m und kommunziert bei einer Leistung von 100 Milliwatt.
6.4 Sicherheit
Die Daten-Übertragung per Bluetooth ist durch das Frequenz-Hopping-Verfahren ausgesprochen sicher gegenüber Frequenzstörungen und dazu stabiler, da immer nur kleine Datenpakete auf ständig wechselnden Frequenzen gesendet werden. Das Verfahren bietet aus den gleichen Gründen ausserdem Schutz gegenüber Eindringlingen.
7 Die praktische Anwendung von Bluetooth in der Automobilindustrie
Ein besonderer Bereich für den Einsatz von Bluetooth ist die Automobilindustrie. Mittlerweile ermöglichen verschiedene einheitliche Anwendungsprofile wie das Hands Free Profile, das Head Set Profile oder das Synchronization Profile einen besonderen Komfort mittels Bluetooth. Telefongrundfunktionen und Audiofunktionen können mithilfe dieser Profile über das Fahrzeug gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Fahrer sich SMS über die Audiowiedergabe des Fahrzeugs vorlesen lassen. Daten des Organizers können u.a. mit dem integrierten Navigationssystem des Fahrzeugs synchronisiert werden, um die Adressdaten aktuell zu halten.
Die Fähigkeit hersteller- generations- und formunabhängig miteinander über definierte Bluetooth Profile zu kommunizieren nutzt die Automobilindustrie gekonnt aus. Die aus diesen Gegebenheiten resultierende Unabhängigkeit ermöglicht ein einfaches integrieren beliebiger Geräte. Ein persönliches Netzwerk im Auto ist möglich.
Aber nicht nur für den Kunden stellt Bluetooth einen grossen Nutzen dar, sondern auf für die Wartung und Pflege auf der Seite des Dienstleisters. Bluetooth ermöglicht Diagnose-, Wartungs- und Testarbeiten mit mehr Flexibilität und weniger Aufwand. Diagnosestecker können kabellos über einen Bluetooth-Adapter genutzt werden.
Das Vehicle-Interface-Profile ermöglicht bspw. über Kommunikation mit dem Mobilfunktelefon die Abfrage der persönlichen Fahrzeugeinstellungen und kann diese sofort umsetzen. Der Fahrzeugsitz, der Radiosender, die Innenraumtemperatur und die Spiegel werden automatisch angepasst, abhängig von den gelieferten Informationen des jeweiligen Mobilfunktelefon.
Zukunftszenarien in der Automobilindustrie beschreiben die Informationsübertragung auf Fahrzeuge von Tankstellen, Hotels oder anderen Points of Interests, sobald man sich in Reichweite befindet. Abrechnungssysteme über Bluetooth, wie z.B. Parkgebühren oder Gebühren für die Nutzung eines Services wie ein lokales Parkleitsystem sind ebenfalls möglich.
Die Prinzipielle Bluetooth_Profile in der Automobile Industrie sind.
8 Fazit
Viele Firmen haben den großen Nutzen von Bluetooth im Rahmen eines persönlichen Netzwerkes im Fahrzeug erkannt und entwickeln Anwendungsprofile für diesen Bereich. Pionier auf diesem Gebiet ist die Firma Berner & Mattner. Sie entwickelte im Jahr 2000 zusammen mit anderen Gruppenteilnehmern des Bluetooth SIG ein Testfahrzeug, welches neue eigens entwickelte Bluetooth Profile anwendet. Der „Demonstrator“ enthält einen Fahrzeug-Agent, dieses Programm übersetzt fahrzeugspezifische Befehle und Informationen in das Vehicle-Interface-Profile, damit dieses Profil zukünftig allgemeingültig arbeiten kann. Mehrere Applikationen für ein Auto wurden auf diese Weise schon entwickelt: Multimedia, Comfort Control und Keyless Entry zum Beispiel.
Bluetooth bietet ein großes Entwicklungspotential im Automotive Bereich, das sich kosten- und ressourcensparend auswirken wird und eine stärkere Flexibilität und Unabhängigkeit bietet.
9 Fußnoten
- ↑ Real Future Store, Tönisvorst;15.07.2009; http://www.real.de/index.php?id=429
10 Literaturverzeichnis
| Spezifikationen der Bluetooth SIG https://www.bluetooth.org/spec/ |
| Jörn Brien; Pressetext; „PDA-Markt steuert auf Absatzrekord zu“; Internetseite; Nachricht vom 3.8.2005 http://www.pressetext.de/pte.mc?pte=050803014 |
| Real Networks, Inc. RealNetworks, Inc. – Progressive Networks Is Formed in 1994 http://www.fundinguniverse.com/company-histories/RealNetworks-Inc-Company-History.html |
| IDC; „IDC Forecast and Analysis finds MP3 all over the Place“; Pressemitteilung vom 13.10.2005 http://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS00256605 |
| Rolf Morich, Dr. Kirsten Matheus, Carmeq GmbH, http://www.carmeq.de/media/15.%20Herausforderung%20und%20L%F6sungsans%E4tze%20mobiler%20Endger%E4te.pdf |
| Prof. Dr. K. Etschberger, Dipl. Ing. Christian Schlegel IXXAT Automation GmbH, http://www.ixxat.de/download/company_bruchure_06_d.pdf |
