Wie funktioniert Bluetooth und warum ist es so schrecklich?

Wie funktioniert Bluetooth und warum ist es so schrecklich?
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Bluetooth hat einen schlechten Ruf. Es ist super kurzreichweitig, flockig, launisch und im Allgemeinen ein schlechtes Verbindungsprotokoll. Warum ist es aber so? Können wir mit dem Verständnis der Funktionalität des Protokolls etwas tun, um unser Bluetooth-Erlebnis zu verbessern?

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Was ist Bluetooth?

Bluetooth wurde nach dem mittelalterlichen dänischen König Harald Blaatand benannt und ist ein drahtloses Funkverbindungsprotokoll mit kurzer Reichweite, das in nahezu jedes Gerät implementiert werden kann. Der Standard wurde in den letzten 80er Jahren von einem Konglomerat von Unternehmen unter der Leitung des schwedischen Unternehmens Ericsson als Kurzstrecken-Funkkommunikationsprotokoll entwickelt. Die Signale sind hyperlokal – innerhalb von 10 Metern – und benötigen bei modernen Bluetooth-Versionen nur sehr wenig Strom, um sich selbst zu erhalten. Die Hardware zur Unterstützung von Bluetooth ist klein und die Komponenten sind billig, was die Allgegenwart des Standards fördert. Von Rollstühlen über Kopfhörer bis hin zu elektrischen Zahnbürsten ist alles mit Bluetooth-Chips ausgestattet, und jedes Jahr erhalten mehr Geräte Bluetooth-Unterstützung.

Wie funktioniert Bluetooth tatsächlich?

Bluetooth ist ein funkbasierter Zwei-Wege-Übertragungsstandard, der ähnlich wie FM-Radio funktioniert. Das Trägersignal verwendet Funkfrequenzen zwischen 2402 und 2480 MHz, um eine bidirektionale Kommunikation zwischen zwei und acht Geräten herzustellen. Es gibt ein “Master” -Gerät wie Ihr Handy, das ein “Slave” -Gerät wie Ihre Bluetooth-Kopfhörer steuert. Der Master überträgt Inhalte in kurzen Bursts an den Slave, und der Slave kann Befehlsanforderungen an das Gerät senden (Track überspringen, Lautstärke erhöhen). Ein oder mehrere Slave-Geräte, die mit einem Master-Gerät verbunden sind, erzeugen ein „Piconetz“, ein hyperkleines Netzwerk von Geräten, die miteinander kommunizieren.

Bluetooth verfügt außerdem über eine einzigartige Funktion zum Implementieren von Frequenzsprüngen, sodass sowohl Slave- als auch Master-Geräte die Frequenz, mit der sie kommunizieren, adaptiv ändern können.

Lustige Tatsache: Das von Bluetooth verwendete adaptive Frequenzspringen war entwickelt von der brillanten Hollywood-Schauspielerin und scheinbaren Polymathin Hedy Lamarr während des Zweiten Weltkriegs.

Warum ist Bluetooth so schlecht?

Probleme mit Bluetooth ergeben sich sowohl aus dem Design des Standards als auch aus seiner Implementierung in Hardware durch Hersteller.

Komplexes Standarddesign

Der Bluetooth-Standard selbst leidet unter mehreren Design-by-Committee-Problemen. Für einen Funkkommunikationsstandard ist Bluetooth unglaublich komplex: ein Poster farbenfroh beschrieben es als „ein Paarungstanz zwischen Skorpionen mitten auf einer Autobahn.„Anstatt ein generisches Kommunikationsband wie Wi-Fi bereitzustellen, verwendet Bluetooth gerätespezifische Profile. Zwischen den Profilen gibt es massive Redundanz und unterbrochene Interaktionen, hauptsächlich aufgrund der Tatsache, dass mehrere Unternehmen die quadratischen Stifte ihrer Anforderungen in das kreisförmige Loch des Standards eingeschlagen haben, bis sie passen.

Mittelmäßige Komponenten und Antennen

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Bluetooth-Antennen sind genauso notwendig wie FM-Radioantennen. Angesichts der extrem engen Kommunikationsreichweite sind jedoch nur Antennen mit geringem Stromverbrauch erforderlich. Die einfachsten Antennen sind billig, bieten aber nur mittelmäßige Funktionalität.

Wenn Sie etwas über den Elektronikmarkt wissen, wissen Sie, dass chinesische Hersteller massenhaft zu den billigsten akzeptablen Komponenten eilen. In diesem Fall wäre dies der Antennen- und Firmware-Stack mit der niedrigsten Leistung, der ein akzeptables Maß an Funktionalität bieten könnte, was bei den meisten Slave-Geräten, insbesondere bei kostengünstigen, zu mittelmäßigem Bluetooth führt. Aber auch Flaggschiff-Geräte leiden darunter: Es gibt einfach keine großartigen handelsüblichen Bluetooth-Antennen zum Kauf. Und selbst wenn Sie dies tun, werden Sie von den billigen Chips in den meisten Slave-Geräten behindert, es sei denn, Sie entwerfen es selbst.

Überfülltes Frequenzband

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Geräte packen das schmale Frequenzband, das Bluetooth zur Verfügung steht, und machen eine klare Kommunikation schwierig. Stellen Sie sich einen überfüllten Bus vor, in dem ein Dutzend oder mehr Menschen ihre eigenen Bluetooth-Piconetzwerke haben. Das ist ein chaotisches, volles Spielfeld, das die Signalklarheit verringern kann. Schlimmer noch, das von Bluetooth verwendete 2,4-GHz-Band ist mit anderen Geräten wie schnurlosen Telefonen, Wi-Fi-Signalen und Autoalarmen überfüllt. Wenn Sie beim Einschalten der Mikrowelle jemals Ihr Wi-Fi-Signal verloren haben, ist hier genau das gleiche Phänomen zu beobachten.

Buggy Streaming Code

Für eine gute Wiedergabe ist zuverlässiger Code erforderlich, der auf zuverlässiger Hardware ausgeführt wird. Je billiger das Gerät wird, desto weiter kommen wir von diesem Ideal. Die Bluetooth-Firmware ist im Allgemeinen eine Black Box, die auf einem billigen IC mit schlecht dokumentierten Fehlern und halb implementierten Funktionen ausgeführt wird. Dies macht es für Geräteingenieure zu einer Herausforderung, damit zu arbeiten. Schlimmer noch, Chips testen normalerweise nur gegen eine kleine Anzahl von Geräteprofilen, und das verbirgt viele Fehler.

Während die Dinge auf der Slave-Geräteseite schlecht sind, sind sie auf der Master-Geräteseite nicht viel besser. Kein Gerät führt einen fehlerfreien Bluetooth-Stack aus. Sie haben also häufig eine drahtlose Interaktion, die durch ein übermäßig komplexes Protokoll zwischen zwei Chips vermittelt wird, die mit Fehlern in die Kiemen gepackt sind. Es ist keine Überraschung, dass ein zuverlässiger Betrieb so selten ist.

Fazit

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Wenn Bluetooth so schrecklich ist, warum wird es dann von allen verwendet? Auch wenn Bluetooth unzuverlässig ist, ist es billig, allgegenwärtig und leicht zu verstehen und zu implementieren. Sicher, die Implementierung ist alles andere als fehlerfrei. Die Verbraucher scheinen jedoch weitgehend unbeeindruckt zu sein und kaufen eifrig Bluetooth-Slave-Geräte zu Tausenden auf. Angesichts der Tatsache, dass alle Bluetooth-Geräte über eine ähnliche Semifunktionalität verfügen, besteht nur ein geringer Wettbewerbsdruck, um die Zuverlässigkeit zu verbessern.

Möglicherweise ist Bluetooth jedoch auf dem Weg nach draußen. Betrachten Sie Apples Bluetooth + Wi-Fi-Kommunikationsstandard für kurze Entfernungen, der von den Chips der W-Serie verwendet wird. Dies ist ein klarer Hinweis auf den Glauben der Unternehmen an die Zukunft von Bluetooth, und wo Apple führend ist, folgen andere Hersteller sklavisch. Wenn wir überhaupt Glück haben, wird Bluetooth in zehn Jahren auf dem Technologie-Friedhof zwischen Real Video Player und Flash ruhen.

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