Bluetooth-Grundlagen: Herkunft und Funktionsweise

Adaptivität im Frequenzsprungverfahren

Beim 2,4-GHz-Band handelt es sich um ein so-genanntes ISM-Band, das für lizenzfreie industrielle (industrial), wissenschaftliche (scientific) und medizinische (medical) Anwendungen reserviert ist. Die in solchen ISM-Bändern aktiven Funksysteme müssen sich an die regulatorischen Vorgaben halten, sind aber ansonsten sowohl in Bezug auf die Implementierung ihrer Modulationsarten und Rahmenformate als auch in ihrem Einsatz frei.

Eines der Probleme dabei ist die Koexistenz zwischen mehreren Systemen einer Protokollfamilie, aber natürlich – und insbesondere – auch zwischen Systemen unterschiedlicher Protokollfamilien. Diese Koexistenzproblematik ist Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Beim IEEE wurde sogar eine eigene Arbeitsgruppe 802.2 eingerichtet, die Lösungsmöglichkeiten (Recommended Practices) insbesondere für die Koexistenz von IEEE802.11 (WLAN) und Bluetooth erarbeitet und in 2003 veröffentlicht hat. Die Analysen dieser Arbeitsgruppe sind sehr lesenswert. Leider sind die dort beschriebenen Vorgaben aber sehr allgemein. Die Gruppe konnte unter dem Druck der Industrieunternehmen keine tragfähige kooperative Lösung erarbeiten, so-dass sich die Ergebnisse der Arbeitsgruppe auf Analysen beschränken mussten.

Im Laufe der Jahre haben jedoch zwei Aspekte zu einer Veränderung der Situation geführt. Zum einen verschärft sich die Koexistenzproblematik in der Praxis zusehends durch eine zunehmende Nutzung des 2,4-GHz-ISM-Bandes. Zum anderen wurden die Vorschriften der Regulierungsvorgaben in Bezug auf die minimale Anzahl von zu nutzenden Frequenzen bei Frequenzsprungverfahren gelockert, indem die minimale Anzahl der Frequenzen im 2,4-GHz-Band auf 15 reduziert wurde.

Auf dieser Grundlage wurde 2003 das Frequenzsprungverfahren in der Version 2.0 des Bluetooth-Standards um eine adaptive Komponente (adaptive frequency hopping, AFH) erweitert. Hierbei wurde allerdings nur festgelegt, dass der Master in einer Picozelle die zu nutzenden oder die auszublendenen Frequenzen den Slaves vorgeben darf. Es ist jedoch weiterhin der Implementierung überlassen, auf welcher Grundlage diese Entscheidung getroffen wird. Außerdem bleibt die eigentliche Frequenzsprungvorschrift unverändert. Lediglich die Abbildungsfunktion auf konkrete Frequenzen wird angepasst. Der AFH-Ansatz bei Bluetooth setzt sich aus vier Bestandteilen zusammen [104] [103]:

• Die Komponente „Channel Classification” bewertet die einzelnen Frequenzen in Abhängigkeit von ihrer Belastung.

• Es ist die Aufgabe des „Link Management“ (LM), die relevanten AFH-Informationen an alle angemeldeten Bluetooth-Knoten im Netzwerk zu verteilen.

• Mithilfe der „Hop Sequence Modification“ werden die Kanäle selektiv reduziert.

• Die „Channel Maintenance“ ist für die periodische Neubewertung der Kanalqualität zuständig.

Testergebnisse zeigen, dass der AFH-Algorithmus in Koexistenzsituationen eine etwa 30-prozentige Leistungssteigerung für Bluetooth und eine etwa 80-prozentige Leistungssteigerung für WLAN ergibt. Dies entspricht in etwa auch Simulationsergebnissen für ähnliche Frequenzsprungverfahren.