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Die Erfindung betrifft eine Kommunikationsanordnung, Kommunikationsgeräte sowie Verfahren zur Kommunikation zwischen Kommunikationsgeräten, insbesondere eine Bluetooth-Kommunikationsanordnung, Bluetooth-Kommunikationsgeräte und Bluetooth-Kommunikationsverfahren.
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Fahrzeuge sind heutzutage mit einer Vielzahl von externen Geräten mittels einer Kommunikationsverbindung, z.B. Bluetooth-Verbindung, verbunden. Sind zwei Geräte mittels einer Bluetooth-Verbindung miteinander verbunden, nimmt eines der Geräte die Rolle eines Masters ein, während das andere Gerät die Rolle eines Slaves oder Peripheriegerätes einnimmt. Dem Peripheriegerät ist es dabei beispielsweise nicht möglich, die Bluetooth-Verbindung selber aktiv zu trennen. Die Verbindung kann in der Regel nur vom Master aktiv getrennt werden. Jedoch kann es in manchen Situationen erforderlich sein, dass auch das Peripheriegerät in der Lage ist, die Verbindung von sich aus zu trennen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kommunikationsanordnung, Kommunikationsgeräte sowie Kommunikationsverfahren bereitzustellen, welche es ermöglichen, dass ein Kommunikationsgerät welches als Peripheriegerät fungiert dazu in der Lage ist, eine bestehende Verbindung von sich aus zu trennen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kommunikationsanordnung gemäß Anspruch 1, ein Kommunikationsgerät gemäß Anspruch 8 oder 9, sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 10.
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Die erfindungsgemäße Kommunikationsanordnung weist ein erstes Kommunikationsgerät und ein zweites Kommunikationsgerät auf. Das erste Kommunikationsgerät ist dazu ausgebildet, eine Kommunikationsverbindung mit dem zweiten Kommunikationsgerät aufzubauen, wobei das erste Kommunikationsgerät während einer bestehenden Kommunikationsverbindung die Rolle eines Masters einnimmt. Das zweite Kommunikationsgerät nimmt während einer bestehenden Kommunikationsverbindung mit dem ersten Kommunikationsgerät die Rolle eines Slave ein. Das zweite Kommunikationsgerät ist dazu ausgebildet, eine Nachricht an das erste Kommunikationsgerät zu senden, wobei die Nachricht einen Hinweis darauf enthält, dass das zweite Kommunikationsgerät die bestehende Kommunikationsverbindung beenden möchte. Das erste Kommunikationsgerät ist dazu ausgebildet, die Nachricht von dem zweiten Kommunikationsgerät zu empfangen, diese zu verarbeiten und anschließend, in Reaktion auf die Nachricht, die Kommunikationsverbindung mit dem zweiten Kommunikationsgerät zu beenden.
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So ist es auch einem Kommunikationsgerät welches während einer Kommunikationsverbindung die Rolle eines Slave einnimmt möglich, das Beenden der Kommunikationsverbindung zu initiieren.
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Die Kommunikationsverbindung kann eine Verbindung nach einem Bluetooth-Standard oder einem Bluetooth Low-Energy Standard sein.
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Bei Kommunikationsverbindungen nach einem Bluetooth- oder BLE-Standard kann das Kommunikationsgerät, welches die Rolle des Slave einnimmt, die Kommunikationsverbindung nicht aktiv beenden.
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Das zweite Kommunikationsgerät kann dazu ausgebildet sein, die Nachricht verschlüsselt zu senden.
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So kann verhindert werden, dass die Kommunikationsverbindung durch nicht autorisierte Nutzer oder Geräte beendet wird.
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Die Kommunikationsverbindung zwischen dem ersten Kommunikationsgerät und dem zweiten Kommunikationsgerät kann eine Kommunikationsverbindung gemäß einem ersten Kommunikationsstandard sein. Das zweite Kommunikationsgerät kann dazu ausgebildet sein, die Nachricht an das erste Kommunikationsgerät zu senden, wenn eine Kommunikationsverbindung zwischen dem zweiten Kommunikationsgerät und einem dritten Kommunikationsgerät mittels dem selben Kommunikationsstandard hergestellt werden soll.
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Das zweite Kommunikationsgerät kann dazu ausgebildet sein, zu jedem Zeitpunkt nur mit maximal einem anderen Kommunikationsgerät mittels einer Kommunikationsverbindung gemäß dem ersten Standard verbunden zu sein.
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Bei vielen Kommunikationsstandards kann ein Kommunikationsgerät gleichzeitig immer nur mit maximal einem anderen Kommunikationsgerät verbunden sein. Um eine Kommunikationsverbindung mit einem anderen Kommunikationsgerät aufbauen zu können, kann eine bereits bestehende Verbindung zunächst beendet werden.
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Das zweite Kommunikationsgerät kann ein Mobiltelefon, Tablet, SmartWatch, Laptop oder Personal Digital Assistant (PDA) sein.
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Das erste Kommunikationsgerät kann in einem Fahrzeug angeordnet sein.
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Häufig sind Fahrzeuge mittels wenigstens einer Kommunikationsverbindung mit einem oder mehreren externen Geräten verbunden.
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Ein erstes Kommunikationsgerät ist dazu ausgebildet, eine Kommunikationsverbindung mit einem zweiten Kommunikationsgerät aufzubauen, wobei das erste Kommunikationsgerät während einer bestehenden Kommunikationsverbindung die Rolle eines Masters und das zweite Kommunikationsgerät die Rolle eines Slave einnimmt. Das erste Kommunikationsgerät ist weiterhin dazu ausgebildet, eine Nachricht von dem zweiten Kommunikationsgerät zu empfangen, wobei die Nachricht einen Hinweis darauf enthält, dass das zweite Kommunikationsgerät die bestehende Kommunikationsverbindung beenden möchte. Das erste Kommunikationsgerät ist weiterhin dazu ausgebildet, die Nachricht zu verarbeiten, und anschließend, in Reaktion auf die Nachricht, die Kommunikationsverbindung mit dem zweiten Kommunikationsgerät zu beenden.
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Ein zweites Kommunikationsgerät ist dazu ausgebildet, eine Kommunikationsverbindung mit einem ersten Kommunikationsgerät aufzubauen, wobei das erste Kommunikationsgerät während einer bestehenden Kommunikationsverbindung die Rolle eines Masters und das zweite Kommunikationsgerät die Rolle eines Slave einnimmt. Das zweite Kommunikationsgerät ist weiterhin dazu ausgebildet, eine Nachricht an das erste Kommunikationsgerät zu senden, wobei die Nachricht einen Hinweis darauf enthält, dass das zweite Kommunikationsgerät die bestehende Kommunikationsverbindung beenden möchte.
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Ein Verfahren weist das Aufbauen einer Kommunikationsverbindung zwischen einem ersten Kommunikationsgerät und einem zweiten Kommunikationsgerät auf, wobei das erste Kommunikationsgerät während Bestehen der Kommunikationsverbindung die Rolle eines Masters und das zweite Kommunikationsgerät die Rolle eines Slave einnimmt. Das Verfahren weist weiterhin das Senden einer Nachricht von dem zweiten Kommunikationsgerät an das erste Kommunikationsgerät auf, wobei die Nachricht einen Hinweis darauf enthält, dass das zweite Kommunikationsgerät die bestehende Kommunikationsverbindung beenden möchte. Das Verfahren weist weiterhin das Empfangen der Nachricht in dem ersten Kommunikationsgerät, das Verarbeiten der Nachricht in dem ersten Kommunikationsgerät und, in Reaktion auf die Nachricht, das Beenden der Kommunikationsverbindung mit dem zweiten Kommunikationsgerät durch das erste Kommunikationsgerät auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
- 1 beispielhaft ein Fahrzeug und ein externes Kommunikationsgerät,
- 2 anhand eines Zustandsdiagramms die Funktion der Link Layer-Steuerung gemäß Bluetooth Low Energy Spezifikation,
- 3 beispielhaft in einem Blockschaltbild eine Kommunikationsanordnung gemäß einer Ausführungsform nach dem Aufbau einer Kommunikationsverbindung,
- 4 beispielhaft in einem Blockschaltbild eine Kommunikationsanordnung gemäß einer Ausführungsform während dem Beenden einer Kommunikationsverbindung,
- 5 beispielhaft in einem Blockschaltbild eine Kommunikationsanordnung gemäß einer Ausführungsform nach dem Beenden einer Kommunikationsverbindung, und
- 6 in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem ersten Kommunikationsgerät 20. Das erste Kommunikationsgerät 20 kann in oder an dem Fahrzeug 10 an jeder beliebigen geeigneten Stelle angeordnet sein. Das erste Kommunikationsgerät 20 kann dabei fest in dem Fahrzeug 10 verbaut sein. Das erste Kommunikationsgerät 20 kann mit einem externen Kommunikationsgerät 30 eine drahtlose Verbindung aufbauen. Die drahtlose Verbindung kann eine Verbindung nach einem gültigen Bluetooth-Standard, zum Beispiel dem Bluetooth Low Energy (BLE)-Standard sein.
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Das Fahrzeug 10 kann jegliche Art von Fahrzeug sein, wie beispielsweise ein PKW, LKW, Traktor, Bus, Zug, Motorrad, Flugzeug, Schiff, o.ä.
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Bluetooth ist eine international standardisierte Datenschnittstelle. Mittels Bluetooth können beispielsweise Daten oder Dateien zwischen zwei Kommunikationsgeräten ausgetauscht werden oder Musik und Sprache übertragen werden. Bluetooth-Geräte senden dabei mit einer Frequenz von 2,4 GHz und ermöglichen eine Datenübertragung mit einer kurzen Reichweite von normalerweise weniger als 50m. Derzeit sind verschiedene Bluetooth Standards bekannt, beispielsweise Bluetooth 1.0 und 1.0B 1999, Bluetooth 2.0 + EDR 2004, Bluetooth 4.0 2009, Bluetooth 4.1 2013, Bluetooth 4.2 Smart 2014 oder Bluetooth 5 2016. Dabei ist es bei der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung nach welchem Standard das erste Kommunikationsgerät 20 und das externe Kommunikationsgerät 30 miteinander kommunizieren. Um eine Kommunikation zu ermöglichen ist es jedoch in der Regel erforderlich, dass zwei Bluetooth-fähige Kommunikationsgeräte zwischen welchen eine Verbindung aufgebaut werden soll nach demselben Standard kommunizieren. Einige der Standards sind jedoch auch untereinander kompatibel.
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Bluetooth-Geräte verbrauchen in der Regel verhältnismäßig viel Strom. Gerade in Fahrzeugen bzw. den zugehörigen externen Geräten (z.B. Smartphone) ist der Stromverbrauch jedoch meist kritisch. Daher finden sich immer häufiger so genannte Bluetooth Low Energy (BLE)-Geräte in Fahrzeugen und externen Geräten. Bluetooth Low Energy wird oft auch als Bluetooth-Smart bezeichnet. BLE basiert auf der klassischen Bluetooth Technologie, weist jedoch einen deutlich geringeren Stromverbrauch auf und ist in der Regel kostengünstiger. Bei Verwendung von BLE-Geräten in einem externen Kommunikationsgerät 30 wird somit die Batterie des externen Kommunikationsgerätes 30 (bzw. des Smartphones oder, allgemein, elektronischen Gerätes) weniger belastet als bei herkömmlichen Bluetooth-Geräten.
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Zum Empfangen der von dem ersten Kommunikationsgerät 20 gesendeten Signale muss sich das externe Kommunikationsgerät 30 innerhalb eines bestimmten Radius um das Fahrzeug 10, bzw. um das erste Kommunikationsgerät 20 befinden, da Bluetooth, bzw. BLE-Signale nur eine begrenzte Reichweite haben.
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Dieser Radius kann, in Abhängigkeit vom gewählten Übertragungsstandard, zum Beispiel 10m oder 50m betragen. Dies sind jedoch lediglich Beispiele. Die Reichweite kann, abhängig von den verwendeten Signalen und Antennen, auch größer oder kleiner sein.
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Das tragbare Kommunikationsgerät 30 kann beispielsweise ein Mobiltelefon, Smartphone, Tablet, SmartWatch, Laptop oder Personal Digital Assistant (PDA) sein. Auf dem zweiten Kommunikationsgerät 30 kann beispielsweise ein gängiges Betriebssystem laufen, wie z.B. iOS oder Android.
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Kommunikationsprotokolle, welche die Kommunikation zwischen zwei Kommunikationsgeräten definieren, sind typischerweise in einzelnen Schichten organisiert, welche zusammen den Protokollstapel bilden. Die unterste Schicht (Bitübertragungsschicht, engl. Physical Layer) stellt dabei meist mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel zur Verfügung, um physische Verbindungen zu aktivieren bzw. deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darüber zu übertragen. Die oberste Schicht (Anwendungsschicht, engl. Application Layer) stellt Funktionen für die Anwendungen zur Verfügung. Auf dieser Ebene findet beispielsweise die Dateneingabe und -ausgabe statt. Für den Aufbau und die Verwaltung von Verbindungen zwischen Geräten ist insbesondere die Link Layer Steuerung (Link Manager) in der Sicherungsschicht (engl. Data Link Layer) verantwortlich. Die Sicherungsschicht stellt direkt oberhalb der Bitübertragungsschicht die zweitunterste Schicht dar.
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Die Link Layer Steuerung kann in der Regel verschiedene Zustände annehmen. Die Link Layer Steuerung und deren Zustände unterscheiden sich dabei von Funkstandard zu Funkstandard. Im Folgenden werden anhand des Zustandsdiagramms in 2 beispielhaft die Zustände der Bluetooth Low Energy (BLE) Spezifikation beschrieben.
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Die Link Layer Steuerung kann zunächst einen Standby-Zustand 40 annehmen. Befindet sich die Link Layer Steuerung im Standby-Zustand 40 werden keine Daten gesendet oder empfangen. Der Standby-Zustand 40 kann von jedem anderen Zustand aus erreicht werden. Im so genannten Advertising-Zustand 41 werden Datenpakete (Advertising Channel Packets) gesendet. Ein anderes Gerät, welches ein solches Datenpaket empfängt kann daraufhin eine Antwort senden. Im Advertising-Zustand 41 werden somit nicht nur Datenpakete gesendet, sondern es wird auch auf Antwort von anderen Geräten gewartet. Auf eine Antwort kann entsprechend reagiert werden. Ein Gerät, welches sich im Advertising-Zustand 41 befindet wird häufig auch als Advertiser bezeichnet. Der Advertising-Zustand 41 kann nur aus dem Standby-Zustand 40 heraus erreicht werden.
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Im so genannten Scanning-Zustand 42 hört das entsprechende Gerät, ob ein anderes Gerät Advertising Channel Pakete aussendet. Ein Gerät, welches sich im Scanning-Zustand 42 befindet wird auch als Scanner bezeichnet. Der Scanning-Zustand 42 kann nur vom Standby-Zustand 40 aus erreicht werden.
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Ein Gerät, welches sich im so genannten Initiating-Zustand 43 befindet hört, ob ein bestimmtes anderes Gerät Advertising Channel Pakete aussendet und antwortet auf diese, um eine Verbindung mit dem anderen Gerät aufzubauen. Ein Gerät, welches sich im Initiating-Zustand 43 befindet wird auch als Initiator bezeichnet. Der Initiating-Zustand 43 kann ebenfalls nur aus dem Standby-Zustand 40 heraus erreicht werden.
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Der so genannte Connection-Zustand 44 kann sowohl vom Advertising-Zustand 41 als auch vom Initiating-Zustand 43 aus erreicht werden. Ein Gerät, welches eine Verbindung zu einem anderen Gerät hergestellt hat, befindet sich im Connection-Zustand 44. Im Connection-Zustand 44 nimmt eines der beiden miteinander verbundenen Geräte die Rolle des Masters und das andere Gerät die Rolle des Slaves oder Peripheriegerätes ein.
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Ein Kommunikationsgerät, welches die Rolle des Peripheriegerätes eingenommen hat, kann eine bestehende Verbindung nicht aktiv trennen und in den Standby-Zustand 40 zurückkehren. Die Verbindung kann nur von dem Kommunikationsgerät getrennt werden, welches die Rolle des Masters eingenommen hat. Trennt der Master die Verbindung, kehren beide Geräte zurück in den Standby-Zustand 40.
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Wird eine Kommunikationsverbindung mittels Bluetooth zwischen einem Fahrzeug 10 und einem externen Kommunikationsgerät 30 hergestellt, nimmt in der Regel das Fahrzeug 10 die Rolle des Masters und das externe Kommunikationsgerät 30 die Rolle des Peripheriegerätes ein. Das externe Kommunikationsgerät 30 ist somit nicht in der Lage, die Verbindung zu dem Fahrzeug 10 aktiv zu beenden. In einigen Applikationen ist dies jedoch wünschenswert oder sogar zwingend erforderlich. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das externe Kommunikationsgerät 30 eine Bluetooth-Verbindung mit einem anderen Kommunikationsgerät herstellen soll. Da ein Kommunikationsgerät in der Regel nur immer mit einem Kommunikationspartner gleichzeitig mittels Bluetooth verbunden sein kann, muss in einem solchen Fall zunächst die bestehende Bluetooth-Verbindung getrennt werden, bevor eine Bluetooth-Verbindung mit einem anderen Kommunikationsgerät hergestellt werden kann.
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Bezugnehmend auf 3 ist eine Kommunikationsanordnung mit einem ersten Kommunikationsgerät 20 und einem zweiten Kommunikationsgerät 30 dargestellt. Die beiden Kommunikationsgeräte 20, 30 sind mittels einer Kommunikationsverbindung BLE miteinander verbunden. Hierfür kann das erste Kommunikationsgerät 20 beispielsweise eine erste Kommunikationseinheit 21 (z.B. erste Bluetooth-Einheit), und das zweite Kommunikationsgerät 30 eine zweite Kommunikationseinheit 31 (z.B. zweite Bluetooth-Einheit) aufweisen. Die erste und die zweite Kommunikationseinheit 21, 31 können beispielsweise jeweils mindestens eine Antenne und entsprechende Signalerzeugungs- und -verarbeitungskomponenten aufweisen (nicht explizit dargestellt).
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Das erste Kommunikationsgerät 20 nimmt während diese Kommunikationsverbindung BLE besteht die Rolle des Masters, und das zweite Kommunikationsgerät 30 nimmt die Rolle des Slaves (Peripheriegerätes) ein. Das heißt, nur das erste Kommunikationsgerät 20 kann die bestehende Kommunikationsverbindung BLE aktiv beenden.
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Damit auch das zweite Kommunikationsgerät 30, welches die Rolle des Slaves übernimmt, in der Lage ist die bestehende Kommunikationsverbindung BLE zu beenden, sendet dieses gemäß einer Ausführungsform eine Nachricht TM an das erste Kommunikationsgerät 20. Dies ist beispielhaft in 4 dargestellt. In dieser Nachricht TM übermittelt das zweite Kommunikationsgerät 30 seinen Wunsch an das erste Kommunikationsgerät 20, die bestehende Verbindung beenden zu wollen. Das erste Kommunikationsgerät 20 empfängt diese Nachricht TM, verarbeitet diese und beendet anschließend die Verbindung. Dies ist beispielhaft in 5 dargestellt. Auf diese Weise kann auch das zweite Kommunikationsgerät 30, welches als Slave fungiert, das Beenden einer bestehenden Verbindung BLE von sich aus initiieren.
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Die Nachricht TM kann beispielsweise authentifiziert und/oder verschlüsselt übertragen werden. Jedes beliebige Verschlüsselungsprotokoll kann dabei zur Verschlüsselung der Nachricht TM verwendet werden. TLS (englisch für Transportschichtsicherheit), auch bekannt unter SSL (Secure Sockets Layer), ist beispielsweise ein hybrides Verschlüsselungsprotokoll zur Sicheren Datenübertragung, welches auch für Nachrichten welche mittels Bluetooth oder BLE gesendet werden Anwendung finden kann. Bluetooth Low-Energy bietet selber auch Sicherheitsmechanismen, welche zum Übertragen von Nachrichten Anwendung finden können, z.B. BLE Security. Beispielsweise nutzt BLE die sogenannte AES-CCM Kryptographie (Advanced Encryption Standard Counter Mode) um Schlüssel zu erzeugen, welche zur Verschlüsselung und Authentifizierung verwendet werden können.
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Wird eine Nachricht TM von dem zweiten Kommunikationsgerät 30 verschlüsselt gesendet, kennt das erste Kommunikationsgerät 20 den entsprechenden Schlüssel, so dass es die Nachricht TM entschlüsseln und verwerten kann.
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Das erste Kommunikationsgerät 20 kann dabei nur Anfragen von authentifizierten Kommunikationsgeräten berücksichtigen. Das heißt, ein Kommunikationsgerät muss dem ersten Kommunikationsgerät 20 bekannt sein. Nur dann trennt das erste Kommunikationsgerät 20 die Verbindung nach Erhalt einer Nachricht TM. Wird eine entsprechende Nachricht TM von einem nicht authentifizierten Kommunikationsgerät empfangen, so kann diese Nachricht TM ignoriert werden.
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Die Nachricht TM kann von dem zweiten Kommunikationsgerät 30 beispielsweise über einen authentifizierten TLS-Tunnel an das erste Kommunikationsgerät 20 gesendet werden. Dadurch kann verhindert werden, dass Nachrichten von nicht authentifizierten Geräten von dem ersten Kommunikationsgerät 20 empfangen und verarbeitet werden können. Das erste Kommunikationsgerät 20 kann eine bestehende Kommunikationsverbindung BLE zu einem zweiten Kommunikationsgerät 30 beispielsweise nur dann beenden, wenn eine Nachricht TM von dem entsprechenden, authentifizierten Kommunikationsgerät 30 über einen authentifizierten TLS-Tunnel empfangen wurde.
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Zusätzlich kann das erste Kommunikationsgerät 20 die bestehende Kommunikationsverbindung 20 weiterhin auch von sich aus aktiv beenden, ohne dass eine Nachricht TM von dem zweiten Kommunikationsgerät empfangen wurde.
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Die Erfindung wurde am Beispiel einer Bluetooth-Verbindung bzw. BLE-Verbindung beschrieben. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Grundsätzlich kann die Erfindung für alle Kommunikationsverbindungen Anwendung finden, bei welchen ein Kommunikationsgerät die Rolle eines Masters und das andere Kommunikationsgerät die Rolle eines Slaves oder Peripheriegerätes einnimmt.
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Bezugnehmend auf 6 wird ein Verfahren beschrieben. Das Verfahren weist das Aufbauen einer Kommunikationsverbindung zwischen einem ersten Kommunikationsgerät 20 und einem zweiten Kommunikationsgerät 30 auf (Schritt 601), wobei das erste Kommunikationsgerät 20 während Bestehen der Kommunikationsverbindung die Rolle eines Masters und das zweite Kommunikationsgerät 30 die Rolle eines Slave einnimmt. Das Verfahren weist weiterhin das Senden einer Nachricht TM von dem zweiten Kommunikationsgerät 30 an das erste Kommunikationsgerät 20 auf (Schritt 602), wobei die Nachricht TM einen Hinweis darauf enthält, dass das zweite Kommunikationsgerät 30 die bestehende Kommunikationsverbindung beenden möchte. Das Verfahren weist weiterhin das Empfangen der Nachricht TM in dem ersten Kommunikationsgerät 20 auf (Schritt 603), sowie das Verarbeiten der Nachricht TM in dem ersten Kommunikationsgerät 20 (Schritt 604) und das Beenden der Kommunikationsverbindung mit dem zweiten Kommunikationsgerät durch das erste Kommunikationsgerät 20 in Reaktion auf die Nachricht TM (Schritt 605).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 20
- erstes Kommunikationsgerät
- 21
- erste Kommunikationseinheit
- 30
- zweites Kommunikationsgerät
- 31
- zweite Kommunikationseinheit
- 40
- Standby-Zustand
- 41
- Advertising-Zustand
- 42
- Scanning-Zustand
- 43
- Initiating-Zustand
- 44
- Connection-Zustand
