Das Herzstück der drahtlosen Bluetooth-Technologie ist der Bluetooth-Protokollstapel – eine mehrschichtige Architektur, die definiert, wie Bluetooth-Geräte miteinander kommunizieren. Dieser mehrschichtige Stapel regelt alles von der Funkverwaltung über den Datenaustausch bis hin zu Anwendungsprofilen. Lassen Sie uns tiefer in die Rollen und Verantwortlichkeiten jeder Ebene eintauchen.
Funkschicht Diese unterste Schicht übernimmt die Übertragung und den Empfang von Funksignalen im 2,4-GHz-ISM-Band. Es definiert die physikalischen Funkkanaleigenschaften wie Modulationsschemata, Kanalanordnung und Sendeleistungspegel. Verschiedene Bluetooth-Versionen verwenden unterschiedliche Funkkonfigurationen. Beispielsweise verwendet Bluetooth Low Energy zwei Modulationsschemata – uncodiertes GFSK für Werbepakete und codiertes DPSK für Daten.
Basisband-Ressourcenmanager Der über der Funkschicht liegende Basisband-Ressourcenmanager ist für die Verwaltung der physischen Funkkanäle und -verbindungen verantwortlich. Es verarbeitet kritische Verfahren wie Geräteerkennung, Linkbildung, Verbindungsstatusverwaltung und Sicherheitsprotokolle für Authentifizierung und Verschlüsselung. Das Basisband definiert zwei grundlegende Rollen – Master und Slave – sowie Regeln für eine Bluetooth-Piconetz-Topologie.
Link-Controller Der Link-Controller implementiert die Basisbandspezifikation und arbeitet eng mit dem Link-Manager zusammen, um die Basisband-Hardware zu steuern. Es übernimmt Vorgänge wie das Umschalten zwischen Aktiv- und Ruhemodus, um die Leistung zu optimieren. Auf dieser Ebene erfolgt auch eine Fehlerprüfung durch CRC- und ARQ-Schemata.
Link-Manager Der Link-Manager richtet logische Links ein und übernimmt die Steuerung und Aushandlung von Link-Parametern wie Dienstqualitätsanforderungen. Es definiert Verbindungszustände, Modi und Verfahren für logische SCO- und ACL-Transporte. Verschlüsselungs-, Rollenwechsel- und Haltemodusvorgänge werden ebenfalls vom Linkmanager initiiert.
L2CAP Die Logical Link Control and Adaptation Protocol-Schicht bietet Multiplexing-Funktionen, um die gleichzeitige Ausführung mehrerer Anwendungen über die Luftschnittstelle zu ermöglichen. Es segmentiert Daten von höheren Schichten in Basisbandpakete und setzt Pakete auf der Empfängerseite wieder zusammen. L2CAP bietet garantierten Service für zeitkritische Anwendungen wie Audio.
SDP Das Service Discovery Protocol ermöglicht es Bluetooth-Geräten, von anderen Geräten angebotene Dienste zu erkennen und deren Eigenschaften zu bestimmen, z. B. Anforderungen für die Verbindung zu ihnen. Es definiert Dienstattributanfragen und -antworten.
RFCOMM Dieses Kabelersatzprotokoll emuliert eine serielle Schnittstelle und ermöglicht den binären Datentransport. Es basiert auf dem ETSI TS 07.10-Standard und ermöglicht ältere RS-232-Verbindungen über die L2CAP-Schicht.
Anwendungsschicht Die oberste Schicht umfasst übernommene Protokolle, Profile und APIs, die die Entwicklung von Bluetooth-Anwendungen ermöglichen. Profile definieren Spezifikationen für gängige Bluetooth-Anwendungsfälle wie Headsets, Dateiübertragung, Netzwerk usw. Hier finden sich bekannte Protokolle wie PPP für Netzwerke und OBEX für Objektaustausch.
Insgesamt definiert der Bluetooth-Protokollstack ein stark strukturiertes Layout. Untere Schichten übernehmen die Funksteuerung, während höhere Schichten Datenaustausch- und Anwendungs-Frameworks implementieren. Dieses Design ermöglicht eine robuste Konnektivität und ein breites Spektrum an drahtlosen Anwendungsfällen über verschiedene Bluetooth-Versionen hinweg. Der Stack wurde fachmännisch entwickelt, um die Abwärtskompatibilität zu gewährleisten und bei Bedarf neue erweiterte Protokolle zu integrieren.
