Labor MIS Dr. –Ing. habil. Albrecht Zur Versuch zur Feststellung des Verhalten einer Bluetooth-Verbindung in Grenzsituationen

Studenten : Gunnar Suhr Thorsten Hohmann

Aufgabe: Für die in einer Projektarbeit entwickelten Bluetooth-Module soll das Verhalten der Übertragung in Grenzsituationen festgestellt werden.

Informationen zum Bluetooth-Board: Bei den Boards handelt sich um eine eigene Entwicklung, wobei als Basis ein Bluetoothmodul der Firma Ericsson verwendet wurde. Bei dem Modul handelt es sich um das ROK101007, welches in dem für dem Bluetooth typischen freien 2,4-2,5GHz ISM-Band sendet. Die Sendeleistung beträgt ca. 4dBm, was einer theoretischen Sendeleistung von ca. 10m entspricht.

Als Antenne wird bei diesem Board ein Rundumstrahler verwendet, welcher aus einem einfachen Draht mit λ/4-Länge besteht – siehe Bild -.

Allgemeines zur Antenne Bei der Antenne auf dem Bluetooth-Board handelt es sich um einen Lambda/4-Monopol. Die Energie die von solch einer Antenne ausgeht, breitet sich in einem 90°-Winkel von der Antenne aus. Das Feld um die Antenne herum kann man sich bildlich wie einen "Donut" vorstellen, welchen man über die Antenne schiebt, d.h. also ist die Antenne genau vertikal ausgerichtet, ist in einem horizontalen Bereich um der Antenne herum das Feld am größten. Genauer kann man sagen, dass sich das Feld mit einem Erhebungswinkel von 30° ausbreitet. Der Erhebungswinkel ist der Winkel zum Horizont, unter dem die meiste Leistung abgestrahlt wird.

Feld um der Antenne Antenne Wir haben bei unseren Messungen versucht die Antennen in einem Winkel von 90° zueinander zu betreiben, allerdings war hierbei kein Verbindungsaufbau möglich, was sich aus obigen Bild auch leicht nachvollziehen lässt. Wie groß ist also die theoretische Länge unserer Antenne ? Lambda = Wellenlänge=c/f c=2.997925*10^8 [m/s] (Lichtgeschwindigkeit) Lambda=2.997925*10^8 [m/s] / 2.4 [GHz] = 0,125 m Da wir eine Lambda/4-Antenne verwenden : 0,125 [m] / 4 = 0,0312 [m] D.h., dass unsere Antenne eine theoretische Länge von 3,1 cm haben muss, damit sie angepasst ist, was auch der reellen Länge in etwa entspricht.

Wie wurde gemessen ? Für die Messung wurden 2 Notebooks verwendet, wobei jeweils ein Notebook mit einem Bluetoothmodul verbunden war. Als Software wurde das Testprogramm l2test aus dem Bluez-Paket verwendet – siehe hierzu : www.bluez.sourceforge.net - . Das Programm sendet, sobald eine Verbindung aufgebaut wurde, unablässig Datenpakete fester Größe an den Server. Aus der Dauer der Übertragung wird die Übertragungsrate ermittelt. siehe Auszug aus Ausgabe von l2test: l2test[1333]: l2test[1334]: 65535] l2test[1334]: l2test[1334]: l2test[1334]: l2test[1334]: l2test[1334]: l2test[1334]: l2test[1334]:

Waiting for connection on psm 10 ... Connect from 00:80:37:16:A1:3B [imtu 2000, omtu 672, flush_to Receiving 672 bytes 672 bytes 672 bytes 672 bytes 672 bytes 672 bytes

... in 0.04 in 0.01 in 0.07 in 0.09 in 0.07 in 0.23

sec, sec, sec, sec, sec, sec,

17.78 kB/s 47.61 kB/s 9.00 kB/s 7.16 kB/s 9.13 kB/s 2.91 kB/s

Beispiel : 17,78+47,61+9,00+7,16+9,13+2,91 = 93,59 93,59/6 = 15,6 -> In diesem Fall wurde eine mittlere Übertragungsrate von 15,6 kB/s erzielt.

Folgende Messungen wurde durchgeführt : 1. Messungen ohne Hindernis 2. Messungen mit Hindernis (Mensch) 3. Messung aus Kfz heraus 1. Messungen ohne Hindernis 1.1. Feststellung der maximalen Reichweite

Server

Client Entfernung in Meter

Bei dieser Messung wurde eine maximale Reichweite von 12 Meter ermitteln. Bei dieser Entfernung ist gerade noch eine Verbindung möglich. Pakete kommen vereinzelt noch an.

1.2. Feststellung der Abhängigkeit: Übertragungsrate als Funktion der Entfernung Bei dieser Messung wurde ab 10m in Abständen von einem Meter die Übertragungsrate ermittelt, indem von hundert übermittelten Paketen der Mittelwert der Übertragungsrate gebildet wurde. Es ergaben sich also in diesem Fall 10 Messwerte.

Messung ohne Hindernis Übertragungsrate Entfernung Bemerkung kB/s m 10 kein Verbindungsaufbau möglich 8,3 9 5,2 8 24,5 7 12,3 6 15,4 5 24 4 43 3 43,5 2 42,6 1

Aus diesen Messwerten lässt sich folgender Funktionsverlauf darstellen :

50 45 40

kB/s

35 30 25 20 15 10 5 0 0

2

4

6

8

10

12

m

Bei einer Entfernung von 7 Metern ist eine ziemlich hohe Übertragungsrate ermittelt worden, welche evtl. auf einen Messfehler schließen lässt, aber in der Messung mit einem Hindernis wiederholt sich der Effekt.

2. Messungen mit Hindernis Bei dieser Messung sollte festgestellt werden, ob eine Person, die sich innerhalb einer Funkstrecke befindet, die Übertragung beeinflusst. Server

Client

Entfernung in Meter Die Messung wurde genau wie bei 1.2. durchgeführt, nur das hier jeweils in der Mitte zwischen Server und Client eine Person in der Funkstrecke stand. Übertragungsrate Entfernung kB/s m 0 10 0 9 0 8 1,68 7 4,72 6 0 5 0 4 7,45 3 29,63 2 33,88 1

Bemerkung kein Verbindungsaufbau möglich kein Verbindungsaufbau möglich kein Verbindungsaufbau möglich

kein Verbindungsaufbau möglich kein Verbindungsaufbau möglich

Wie in der Tabelle zuerkennen ist, wurde die Verbindung so stark beeinflusst, dass in 5 Fällen keine Verbindung aufgebaut werden konnte. Es ergibt sich also folgende Kennlinie :

40 35 30

kB/s

25 20 15 10 5 0 -5 0

2

4

6

8

m

Wie zu erkennen ist, ist der Verlauf der Kennlinie ähnlich, wie bei 1.2.

10

12

3. Messungen aus einem Kfz heraus Bei dieser Messung wurde ein Bluetooth-Modul innerhalb eines Fahrzeuges platziert. Es galt herauszufinden inwieweit ein Senden aus einem Fahrzeug heraus möglich ist. Bei unserer Messung war eine Übertragung ca. 6m um das Auto herum möglich. Danach gingen einige Datenpakete verloren und ein Verbindungsaufbau konnte nicht mehr sicher durchgeführt werden. Hierbei machte es keinen Unterschied, ob der Motor des Fahrzeug an oder aus war. Um größere Reichweiten, falls erforderlich, zu erzielen, sollte eine Außenantenne eingesetzt werden.

Zusatz Bei den Messungen war zu beachten, dass die Antennen genau parallel zueinander waren. Wenn die Antennen um 90° versetzt zueinander waren, war kein Verbindungsaufbau möglich (siehe Info zu Antennen)