Prof.dr.ir. Jaap Haartsen (1963), grondlegger Bluetooth-technologie | Technisch Weekblad
Nieuws

Prof.dr.ir. Jaap Haartsen (1963), grondlegger Bluetooth-technologie

Bluetooth is een walkie-talkie op wereldschaal. Het biedt ‘ad hoc’ spraaken datacommunicatie. Er is geen basisstation en er bestaat alleen een verbinding gedurende de tijd dat er wordt gecommuniceerd.

In 1993 komt Haartsen in dienst bij Ericsson in Lund, Zweden, om als onderzoeker – de eerste daar – toegevoegde waarde te creëren voor de divisie mobiele telecommunicatie, speciaal voor draadloze systemen binnenshuis. In die tijd worden mobiele telefoons soms ook gebruikt als tussenstation om laptops of pda’s, via kabels, met het gsm-netwerk te verbinden. Haartsen krijgt in 1994 het verzoek van de divisieleiding – niet veel meer dan ‘kijk daar eens naar’ – om de kabels te vervangen door een draadloze verbinding. Haartsen: ‘Dat was het begin van Bluetooth.’

‘We waren al bezig met een draadloze verbinding tussen mobiele telefoon en headset. Maar dat betrof spraak, die verbinding was niet geschikt voor data. Daarvoor is grotere snelheid en bandbreedte nodig en bovendien hadden we te veel last van interferentie. Ik begon met eerst te kijken naar de bestaande 802.11 standaard voor draadloze lokale netwerken (wlan, ofwel ‘wifi’: wireless fidelity), en naar DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication). Dat laatste was destijds de standaard voor mobiele telefonie binnenshuis.

‘Maar DECT was niet geschikt, dit werkt in een band – 1,8 GHz – die niet wereldwijd beschikbaar is.’

 

Peer-connectiviteit

Ook wifi valt af. Het is een ‘access’technologie, die apparaten laat communiceren via een basisstation. ‘Wij wilden peer-connectiviteit: directe, ad hoc communicatie, zonder infrastructuur.’ Een ad hoc-systeem is bovendien dynamischer dan access-technologie, maar moet wel kunnen omgaan met ongecoördineerde interferentie. Verder ondersteunt 802.11 geen spraak en zijn de kosten en het energiegebruik te hoog – een factor tien meer dan wat

Haartsen wilde; communicatie mocht geen invloed hebben op de gebruiksduur van batterijen.

‘Kortom: de toenmalige standaarden waren niet in overeenstemming te brengen met het programma van eisen.’ Zo’n programma ontstaat overigens ‘werkende weg’.

September 1994 bezoekt Haartsen twee conferenties in Den Haag: de één over GSM en DECT, de ander gewijd aan draadloze communicatie tussen computers op basis van de 802.11-standaard. ‘Hier kreeg ik de eerste gedachten over gebruik van de 2,4 GHz-band.’ Deze band is wereldwijd vrij, mits aan bepaalde regels wordt voldaan. Deze band is 83,5 MHz breed, en opgedeeld in 79 kanalen van elk 1 MHz (digitaal: 1 Mb/s).

Het belangrijkste op te lossen probleem is hoe twee units elkaar kunnen vinden om een gesprek op te zetten, omdat er onzekerheid is qua frequentie en tijd. ‘Ik koos voor het uitgangspunt: een unit die niet communiceert staat te luisteren. Niet constant maar met intervallen, om het batterijgebruik te sparen. De unit die wil zenden moet de onzekerheid qua frequentie en tijd oplossen. Deze zendt bij het opzetten van een verbinding heel vaak op verschillende kanalen binnen de band.’ Bluetooth moet ook spraak ondersteunen. Variaties in signaalvertragingen moeten daarom worden begrensd, en een minimale bandbreedte van 64 kb/s is vereist. Het combineren van spraak en data via één kanaal is opgelost door het kanaal op te delen in tijdsloten van elk 625 microseconden. Voor spraak zijn twee sloten gereserveerd in een periode van zes sloten (3,75 milliseconden). De vier resterende tijdsloten dienen voor dataverkeer. Een andere eis is dat Bluetooth spraak en data moet ondersteunen naar verschillende digitale accessoires een ‘punt naar multipunt’-verbinding. In het Bluetooth-protocol wordt daarvoor gebruik gemaakt van een ster-netwerk: een ‘meester’ kan contact leggen met meerdere ‘slaven’ (een master-slave constructie). Elke unit kan zowel meester als slaaf zijn.

Zo’n ster-netwerk heet bij Bluetooth een ‘piconet’. Meerdere piconetten kunnen zich in elkaars nabijheid bevinden. Dergelijke netwerkjes kunnen ook omgaan met signalen van andere toepassingen (magnetron, garagedeuropeners, babyfoons) in dezelfde band. Een Bluetooth-frequentiehopper kiest elke

625 µs een andere frequentieband. Langer kan een storing dus niet duren. De kosten zijn laag gehouden door zender/ontvanger op één chip onder te brengen. In eerste instantie blijkt dit niet mogelijk vanwege hoge eisen aan onderdrukking van zijbanden. Dat vereist filters die nu eenmaal moeilijk te integreren zijn. De eisen aan filters zijn vervolgens verlaagd, zodat ze wel op één chip kunnen worden ondergebracht.

Begin 1997 is het concept van Bluetooth klaar. Ericsson legt het voor aan fabrikanten van pc’s, laptops en andere producten die het Zweedse bedrijf zelf niet maakt. Het idee slaat aan. Een groep van vijf bedrijven – Naast Ericsson: Nokia, IBM, Toshiba en Intel – buigt zich verder over Bluetooth. Haartsen neemt soms deel aan de besprekingen.

Uitgangspunt is om voor vijf dollar een compleet radiosysteem op de markt te brengen. ‘Daar zijn we nog om uitgelachen’, aldus Haartsen. Uitgangspunt is ook een ‘open’ systeem, waarbij iedereen kan aanhaken en geen royalties hoeft te betalen. Microsoft wil geen open systeem en haakt af.

Februari 1998 zetten de vijf bedrijven hun handtekeningen voor gezamenlijke ondersteuning van Bluetooth. Mei 1999 wordt Bluetooth gelanceerd tijdens gelijktijdige bijeenkomsten in London, Tokio en New York. De eerste prototypes zijn net op tijd gereed. Het eerste commerciële Bluetooth-product, een headset van Ericsson, komt eind 1999 op de markt.

Het schaven aan specificaties gaat ondertussen gewoon door. De specs van Ericsson voorzien eerst in een bandbreedte van 128 kb/s per kanaal, later wordt dat 1 Mb/s. Ook komt er de mogelijkheid pakketten van 625 µs aan elkaar te koppelen, om grotere datapakketten te kunnen versturen.

Bluetooth is opgezet voor communicatie over hele korte afstanden, tot 10 meter, met een zendvermogen van 1 milliwatt. Later zijn er ook mogelijkheden gekomen om het zendvermogen op te voeren naar 100 mW, om een afstand van 30 à 40 m te overbruggen. De Amerikaanse Federal Communications Commission (FCC) gaat daar overigens pas na twee keer overleg mee akkoord.

 

Beveiliging

Bluetooth is ook nu nog, aldus Haartsen, het enige op grote schaal toegepaste ad hoc-systeem voor spraaken datacommunicatie over korte afstand. Het is robuust, want het functioneert ook in industriële omgevingen. De prijs voor een zender/ontvanger, een insteekkaart voor onder andere laptops, pda’s, printers, ligt rond de vijf dollar, er zijn zelfs al oplossingen voor drie dollar. Daarnaast wordt voortdurend gewerkt aan verhoging van de datasnelheid en verlaging van het energiegebruik.

Recent is er stevige kritiek geweest op de beveiliging van het Bluetooth-signaal. Haartsen wijst er echter op dat encryptie en authentication deel uitmaken van het standaardprotocol. Een favoriete bezigheid van jongeren is bijvoorbeeld ‘bluejacking’, waarbij via de Bluetooth-connectie een (ongewenste) boodschap op je mobiele telefoon verschijnt. ‘Als je geen contact wilt met apparaten die niet je eigendom zijn, moet je de discovery feature in Bluetooth uitzetten.’

 

Bluetooth Light

Dit jaar worden waarschijnlijk 100 à 120 miljoen Bluetooth–devices geproduceerd. Er zijn inmiddels 2500 bedrijven die iets met Bluetooth doen. Iedereen kan de specs van het web kopiëren en hoeft geen royalties te betalen. Wel moet men zich laten registreren. Haartsen benadrukt dat alleen de standaard vrij is. Bedrijven kunnen patenten hebben op specifieke implementaties.

Bij Ericsson zijn inmiddels zo’n honderd mensen betrokken bij de verdere ontwikkeling. Men werkt onder andere aan Bluetooth Highrate, voor een datasnelheid van meer dan 10 Mb/s, en daarnaast ook aan Bluetooth Light, een goedkope versie met lager stroomverbruik.

Jaap Haartsen werkt deels in Zweden, deels vanuit kantoor thuis. Daarnaast is hij twintig procent van zijn tijd hoogleraar mobiele radiocommunicatie aan de Universiteit Twente. Haartsen heeft zo’n honderd patenten op zijn naam staan, waarvan de rechten bij zijn werkgever berusten. Per patent betaalt Ericsson aan medewerkers netto duizend euro.