Bluetooth Netzwerkverbindung & Pairing

Bluetooth Tutorial / Zusammenfassung Enthält:
Grundlagen der Bluetooth-Technologie Funkschnittstelle Dateiübertragung Bluetooth-Profile Pairing & Netzwerkverbindung Sicherheit

Die gängigste Methode zur Verwendung von Bluetooth ist das Pairing von zwei Geräten wie einem Kopfhörer und einem Mobiltelefon oder Laptop. Dies ermöglicht eine bequeme drahtlose Verbindung.

Bluetooth-Paarung auf diese Weise ist gut etabliert und sehr einfach zu erreichen, aber es ist auch möglich, Netzwerke einzurichten. Diese Möglichkeit gibt es schon seit den Anfängen von Bluetooth, aber mit Bluetooth 5 wurde diese Möglichkeit für viele IoT-Anwendungen erweitert.

Die Bluetooth-Spezifikation definiert eine Vielzahl von Formen der Bluetooth-Netzwerkverbindung, die eingerichtet werden können. Auf diese Weise ist die Bluetooth-Vernetzung eine besonders flexible Form des drahtlosen Systems für den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen mit kurzer Reichweite.

Grundlagen der Bluetooth-Netzwerkverbindung

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie Bluetooth-Netzwerke eingerichtet werden können. Im Wesentlichen verwenden Bluetooth-Netzwerke eine so genannte Piconet-Topologie. Bei dieser Form des Netzes fungiert ein Gerät als Master und kann mit maximal sieben Slave-Knoten oder Geräten kommunizieren.

Die Begrenzung auf sieben Slave-Knoten in einem Bluetooth-Netz ergibt sich aus der verwendeten Drei-Bit-Adresse. Diese Zahl bezieht sich auf die Anzahl der aktiven Knoten im Bluetooth-Netzwerk zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Bluetooth-Scatternets

Bluetooth-Netzwerkverbindungen können auch Scatternets unterstützen, obwohl diese Form von Bluetooth-Netzwerken aufgrund von Zeit- und Speicherbeschränkungen nur selten implementiert wurde. In einem Bluetooth-Scatternet kann ein Slave-Knoten oder Slave-Gerät seine Zeit zwischen zwei verschiedenen Piconets aufteilen. Dadurch können große Sternnetze aufgebaut werden.

Grundlagen der Bluetooth-Verbindung

Die Art und Weise, wie Bluetooth-Geräte Verbindungen herstellen, ist komplizierter als bei vielen anderen Arten von drahtlosen Geräten. Der Grund dafür ist das Frequenzsprungverfahren der Geräte. Das Frequenzsprungverfahren verringert zwar die Auswirkungen von Interferenzen, macht aber die Verbindung von Geräten etwas komplizierter.

Bluetooth ist ein System, bei dem Verbindungen zwischen einem Master und einem Slave hergestellt werden. Diese Verbindungen werden so lange aufrechterhalten, bis sie unterbrochen werden, entweder durch absichtliches Trennen der beiden oder dadurch, dass die Funkverbindung so schlecht wird, dass die Kommunikation nicht mehr aufrechterhalten werden kann – typischerweise geschieht dies, wenn sich die Geräte gegenseitig aus der Reichweite entfernen.

Im Rahmen des Verbindungsprozesses gibt es vier Arten von Bluetooth-Verbindungskanälen:

• Basis-Piconet-Kanal: Dieser Bluetooth-Verbindungskanal wird nur verwendet, wenn alle 79 Kanäle innerhalb des Hop-Sets verwendet werden – er wird nur noch selten verwendet, da der Adaptive Piconet-Kanal häufiger verwendet wird, da er mehr Flexibilität bietet.
• Adaptiver Piconet-Kanal: Dieser Bluetooth-Verbindungskanal wird häufiger verwendet und ermöglicht dem System die Verwendung eines reduzierten Hop-Sets, d. h. zwischen 20 und 79 Kanälen. Piconet-Kanäle sind die einzigen Kanäle, die für die Übertragung von Nutzdaten verwendet werden können.
• Abfragekanal: Der Bluetooth-Verbindungskanal wird verwendet, wenn ein Master-Gerät ein Slave-Gerät oder Geräte in Reichweite findet.
• Paging-Kanal: Dieser Bluetooth-Verbindungskanal wird verwendet, wenn ein Master- und ein Slave-Gerät eine physische Verbindung herstellen.

Bluetooth-Pairing

Damit sich Geräte einfach und schnell verbinden können, kann ein als Bluetooth-Pairing bezeichnetes Verfahren verwendet werden. Sobald das Bluetooth-Pairing stattgefunden hat, können zwei Geräte miteinander kommunizieren.

Das Bluetooth-Pairing wird im Allgemeinen manuell vom Benutzer eines Geräts eingeleitet. Die Bluetooth-Verbindung des Geräts wird für andere Geräte sichtbar gemacht. Sie können dann gekoppelt werden.

Der Bluetooth-Pairing-Prozess wird in der Regel automatisch ausgelöst, wenn ein Gerät zum ersten Mal eine Verbindungsanfrage von einem Gerät erhält, mit dem es noch nicht gekoppelt ist. Damit das Bluetooth-Pairing stattfinden kann, muss ein Passwort zwischen den beiden Geräten ausgetauscht werden. Dieses Kennwort oder „Passkey“, wie es korrekterweise genannt wird, ist ein Code, der von beiden Bluetooth-Geräten gemeinsam genutzt wird. Es wird verwendet, um sicherzustellen, dass beide Benutzer dem Pairing zugestimmt haben.

Der Prozess des Bluetooth-Pairing ist im Folgenden zusammengefasst:

• Das Bluetooth-Gerät sucht nach anderen Bluetooth-Geräten in Reichweite: Um von anderen Bluetooth-Geräten gefunden zu werden, muss das erste Gerät, Gerät 1, in den Erkennungsmodus versetzt werden – dadurch können andere Bluetooth-Geräte in der Nähe seine Anwesenheit erkennen und versuchen, eine Verbindung herzustellen.
• Zwei Bluetooth-Geräte finden sich gegenseitig: Wenn die beiden Geräte: Gerät 1 und Gerät 2 finden einander, ist es möglich zu erkennen, was sie sind. Normalerweise gibt das auffindbare Gerät an, um welche Art von Gerät es sich handelt – Mobiltelefon, Headset usw. – sowie seinen Bluetooth-Gerätenamen. Der Bluetooth-Gerätename kann vom Benutzer zugewiesen werden, oder er wird bei der Herstellung zugewiesen.
• Aufforderung zur Eingabe des Kennworts: Oft ist der Standard-Passkey auf „0000“ eingestellt, aber es ist ratsam, etwas anderes zu verwenden, da Hacker davon ausgehen, dass die meisten Menschen dies nicht ändern werden.
  Bei vielen anspruchsvolleren Geräten – Smartphones und Computern – müssen sich jedoch beide Benutzer auf einen Code einigen, der natürlich für beide gleich sein muss.
• Gerät 1 sendet Passkey: Das initiierende Gerät, Gerät 1, sendet den eingegebenen Hauptschlüssel an Gerät 2.
• Gerät 2 sendet Hauptschlüssel: Die Passkeys werden verglichen, und wenn sie beide gleich sind, wird ein vertrauenswürdiges Paar gebildet, das Bluetooth-Pairing wird hergestellt.
• Die Kommunikation wird hergestellt: Sobald die Bluetooth-Kopplung erfolgt ist, können Daten zwischen den Geräten ausgetauscht werden.

Praktische Elemente der Bluetooth-Kopplung

Normalerweise lassen sich Bluetooth-Geräte sehr leicht koppeln. Je nach Gerät kann es leicht unterschiedliche Anweisungen für die Kopplung von Geräten geben.

Bei einigen Geräten mit eingeschränktem Zugang zur Steuerung muss möglicherweise eine Taste eine bestimmte Zeit lang gedrückt werden, um sie in den Kopplungsmodus zu versetzen. Dann wird nach Geräten gesucht, mit denen eine Kopplung möglich ist. Wenn sie mit ähnlichen Geräten gekoppelt werden, werden sie automatisch gekoppelt, wenn sie in den Kopplungsmodus versetzt werden und sich gegenseitig erkennen.

Bei Geräten wie Mobiltelefonen und Laptops wird ständig nach Geräten gesucht, mit denen sie gekoppelt werden können, und dann muss die Kopplung akzeptiert werden, bevor die Kopplung stattfindet. Dies bietet zusätzliche Sicherheit.

Es kann vorkommen, dass einige Geräte Schwierigkeiten beim Pairing haben. Es kann sein, dass sie nicht über die erforderlichen Profile verfügen, oder dass das Gerät nicht vollständig Bluetooth-kompatibel ist. Es gibt einige Hersteller, die die Bluetooth-Spezifikation nicht vollständig erfüllen, obwohl sie als Bluetooth-Geräte beworben werden.

Wenn die Bluetooth-Kopplung einmal hergestellt ist, wird sie von den Geräten gespeichert, die dann ohne Eingreifen des Benutzers eine Verbindung herstellen können.

Bei Bedarf kann die Bluetooth-Kopplungsbeziehung vom Benutzer zu einem späteren Zeitpunkt aufgehoben werden.

Normalerweise ist die Bluetooth-Kopplung und die Einrichtung des Netzwerks sehr einfach. Einer der Vorteile von Bluetooth ist, dass es auch für technisch nicht versierte Personen einfach und effektiv zu nutzen ist.

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