IoT-Vernetzung
Konnektivität für das Internet der Dinge
Entwickler in aller Welt haben sich in das Konzept des Internet-of-Things verliebt. Der Branche ist es jedoch noch nicht so ganz klar, auf welche Art sich die Milliarden von Geräten mit dem Internet verbinden sollen. Bluetooth-Low-Energy ist eine Option. Doch für welche Anwendungen bringt die Einführung Vorteile mit sich – und welche profitieren definitiv nicht davon?
Durch die Einführung von Bluetooth-Low-Energy (LE) scheint die Welt der universalen Internetanbindung einen großen Schritt näher gekommen zu sein. Die Hersteller zahlreicher Arten von Geräten – Sensoren, Monitore, Stellmotoren, Schalter, Leuchten, selbst Schuhe – verfügen damit erstmalig über eine praktikable Möglichkeit, Daten von ihrem Produkt an ein Master-Gerät wie ein Smartphone, Tablet oder Laptop und von dort ins Internet zu übertragen.
Ein Merkmal der klassischen Bluetooth-Technologie – weithin verbreitet zur Verbindung von Mobiltelefonen mit Freisprechanlagen oder Media-Playern mit drahtlosen Kopfhörern und Lautsprechern – ist ihr hoher Energieverbrauch. Für die Nutzer zeigt sich dies an der rapiden Entleerung des Akkus, sobald sie an ihrem Handy oder Media-Player die Bluetooth-Funktion aktivieren.
Dagegen ist die neue Technologie Bluetooth-LE, Teil des neuen Standards Bluetooth-4.1 der Bluetooth-SIG (Special Interest Group), deutlich genügsamer: Behauptungen zufolge kommt ein typischer Slave-Knoten dank Bluetooth-LE monate- oder gar jahrelang mit einer einzigen Knopfzelle aus. Die Bezeichnung und „Bluetooth Smart“ sowie das entsprechende Logo können für nach dem LE-Standard Bluetooth-4 zertifizierte Endgeräte verwendet werden. Endgeräte, die Elemente von Bluetooth-Classic und Bluetooth-LE nach Bluetooth-4 aufweisen, könnte man als „Bluetooth Smart Ready“ bezeichnen.
Technische Eigenschaften und Kompatibilität
Gewiss lässt sich mit vielen konkurrierenden Technologien eine Kurzstrecken-Funkverbindung auch bei niedrigem Energieverbrauch aufbauen. Was macht also Bluetooth so attraktiv für Entwickler von IoT-Geräten und anderen Produkten mit Kurzstreckenfunk? Die Antwort liegt in der Kombination der Eigenschaften:
- Einfachheit: Funk basiert auf der bekannten Classic-Bluetooth-Technologie und für dessen einfachen Betriebsmodus ist nur ein kleiner Protokoll-Stack erforderlich.
- Extrem niedriger Energieverbrauch: Weil Funk für den Ruhezustand ausgelegt ist, zieht er nur wenig Strom. Selbst im Übertragungsmodus verbraucht Funk nur geringen Spitzenstrom, sodass eine kleine Batterie ausreicht.
- Belastbare drahtlose Verbindungsmöglichkeiten: Entwickler haben eine Reichweite von bis zu 100 m bei freier Sicht im Blick. Durch ein Frequenzsprungschema ist der Bluetooth-LE-Funk auf seinem freien 2,4-GHz-Band vor Interferenzen sicher.
- Echtzeitbetrieb: In nur drei Millisekunden wird eine Verbindung zwischen Master-Gerät und Knoten aufgebaut, die Datenübertragung durchgeführt und die Verbindung wieder beendet.
- Kompatibel mit Milliarden von Host-Geräten: Bluetooth ist bei weitem die bekannteste Netzwerktechnologie für den Privatbereich weltweit und wird von allen bedeutenden Herstellern von Verbrauchergeräten unterstützt.
Versorgung mit Komponenten zahlreicher Hersteller gewährleistet: Bluetooth-LE ist ein Industriestandard, so dass das Funkgerät von zahlreichen Herstellern geliefert werden kann. Der Wettbewerbsdruck sorgt für niedrige Preise. Während Erstausrüster, die eigene Funktechnologien verwenden, an eine einzige Quelle gebunden sind, können die Nutzer von Bluetooth-LE aus einer Reihe namhafter Lieferanten ihre Auswahl treffen.
Bluetooth-LE wurde von der SIG geschickt als Gegenstück zu Classic-Bluetooth entwickelt, so dass Geräte mit Classic-Bluetooth ohne großen Kostenaufwand für Bluetooth-LE angepasst werden können. Beispielsweise nutzt Bluetooth-LE das gleiche 2,4-GHz-Band und die gleiche Antenne wie Classic-Bluetooth. Der Frequenzbereich von Bluetooth liegt zwischen 2.400 und 2.483,5 MHz. Bei Bluetooth-LE wird dieses Frequenzband in 40 Kanäle mit einem Abstand von jeweils 2 MHz aufgeteilt, während Classic-Bluetooth 79 Kanäle mit Abständen von je 1 MHz nutzt.
Daher können die Hersteller von Classic-Bluetooth-Chipsätzen ihre Produkte nahezu ohne Zusatzkosten um Support für Bluetooth-LE erweitern. Classic-Bluetooth ist für jedes Smartphone, Tablet und Laptop ein zwingendes Feature: Der Standard für Bluetooth-4 wurde so gestaltet, dass diese Geräte zukünftig Bluetooth-Smart-Ready sind und dem Verbraucher mehr Nutzen bringen, ohne dass die Preise in den Himmel steigen.
Slave-Geräte, die Bluetooth-LE unterstützen, können also auf einen bereitstehenden Pool kompatibler Mastergeräte zugreifen, die sowohl eine Plattform für Apps als auch einen Internetzugang bieten. Es liegt auf der Hand, dass diese Technologie den Herstellern sogenannter Appcessories – zum Beispiel Aktivitätsanzeigen oder Personal-Health-Monitore – eine kabellose und automatische Verbindung zu einem Host-Gerät ermöglicht, das Speicher, Anzeige, Verarbeitungs- und Netzwerkfunktionen zur Verfügung stellt.
Dies ist der stärkste Trumpf von Bluetooth-LE: Zwar stehen zahlreiche herstellerspezifische und standardisierte Kurzstrecken-Funkprotokolle zur Verfügung, aber keines davon bietet Bluetooth-Kompatibilität mit zukünftig Milliarden von Smartphones, Tablets und Laptops. Die anderen beiden bekannten Industriestandards für Kurzstreck-enfunk, Zigbee und Wifi, sind für unterschiedliche Anwendungen attraktiv: Die flexible Netzwerkarchitektur von Zigbee eignet sich ideal für komplexe Netzwerke mit vielen Knoten, und Wifi unterstützt extrem hohe Datenübertragungsraten. Keines von beiden kann allerdings mit den niedrigen Kosten, der Einfachheit und dem extrem sparsamen Energieverbrauch von Bluetooth-LE bei Anwendungen, die kleine Datenmengen übertragen, konkurrieren.
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