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Bluetooth-Technologie

Bluetooth ist eine Wireless‑Technologie für die Kurzstrecke, die im unlizenzierten 2.4 GHz ISM- (Industrial, Scientific and Medical) -Funkfrequenzband operiert.


 

Bluetooth‑Logo

Robuste Konnektivität in einem global implementierten Ökosystem

Bluetooth ist momentan in zwei Varianten verfügbar:  BR/EDR (Basic Rate/Enhanced Data Rate) für Audio- und Streaming‑Anwendungen und Bluetooth Low Energy (BLE) für die kurzzeitige Datenübertragung in Batterie‑betriebenen Sensorgeräten.

Die neueste Revision der Bluetooth Spezifikation, Bluetooth 5, erhöht die Reichweite und Geschwindigkeit von Bluetooth Low Energy. In Mesh‑Netzwerken können Bluetooth Low Energy Knoten grossflächigere Netzwerke mit vergrösserter Reichweite bilden.


Robustheit

Bluetooth passt die Frequency Hopping Sequenz (Adaptive Frequency Hopping/AFH) dynamisch an, um Kanäle zu vermeiden, die möglicherweise von anderen Technologien verwendet werden. Aus diesem Grund ist Bluetooth besonders geeignet für Anwendungen in den Bereichen Industrie, Automotive und Medizin, wo die von Bluetooth bereitgestellte Zuverlässigkeit das entscheidende Merkmal ist.

Beispielloses Ökosystem

Laut ABI Research wird erwartet, dass bis 2021 mehr als fünf Milliarden Bluetooth‑fähige Geräte ausgeliefert werden. Bluetooth hat sich bereits zu einem Standard für Wireless‑Konnektivität zwischen mobilen Geräten mit einem unvergleichlichen Ökosystem entwickelt und steht in allen Smartphones und Tablets zur Verfügung. Das ist wichtig, wenn Verbindungen zwischen tragbaren generischen Geräten und anderen installierten Bluetooth‑fähigen Geräten hergestellt werden sollen.


Gegenüberstellung von BR/EDR und Bluetooth Low Energy

Zwar heissen beide Technologien „Bluetooth“, trotzdem bestehen grundlegende Unterschiede zwischen Bluetooth Low Energy (früher auch „Bluetooth Smart“ genannt) und Bluetooth BR/EDR (früher „Classic Bluetooth“ genannt).

Bluetooth Low Energy Technologie ist ideal geeignet für Anwendungen, die regelmässig eine kleine Anzahl an Daten übertragen müssen, wo also niedrige Kosten und extrem niedriger Stromverbrauch im Vordergrund stehen. Sie ist besonders nützlich bei Sensoren für IoT‑Anwendungen (Internet of Things).

Dual Mode Bluetooth Geräte unterstützen sowohl Bluetooth Low Energy als auch Bluetooth BR/EDR. Das ist beispielsweise bei Smartphones nützlich, die sich über Bluetooth BR/EDR mit einem Laptop und über Bluetooth Low Energy mit einem Pulsmesser verbinden. Ein Pulsmesser ist ein Beispiel für ein Single Mode Gerät mit Bluetooth Low Energy.

Bei Bluetooth Low Energy spricht man von den peripheren und zentralen Rollen für ein Gerät. Sobald die Verbindung hergestellt wurde, bilden die Geräte eine Master und Slave Topologie, ähnlich wie bei Bluetooth BR/EDR. Im oben genannten Beispiel agiert also der Pulsmesser als peripheres Gerät/Slave, während das Smartphone als zentrales Gerät/Master agiert.

Damit sich zwei Bluetooth BR/EDR‑fähige Geräte miteinander verbinden können, muss bei ihnen dasselbe Profil implementiert sein. Bei Personal Area Networking (PAN) können beispielsweise zwei oder mehr Geräte ein Ad‑hoc Netzwerk bilden und das Serial Port Profile (SPP) ersetzt eine serielle Kommunikationsschnittstelle.

Bei Bluetooth Low Energy definieren die GATT‑Profile (Generic Attribute) eine hierarchische Datenstruktur für den Datenaustausch zwischen Bluetooth Low Energy Geräten. Die GATT‑Profile beschreiben Einsatzfälle und die GATT-Services sind Sammlungen von Eigenschaften (Daten, Beschreibungen, mögliche Aktionen usw.) die die Fähigkeiten eines Bluetooth Low Energy Geräts definieren.

GATT definiert Clients („Geräte, die Daten haben wollen“) und Server („Geräte, die Daten haben“). Der GATT‑Server speichert Daten, die über das Protokoll ATT (Attribute Protocol) transportiert werden und nimmt Anforderungen, Befehle und Bestätigungen vom GATT‑Client an. Der GATT‑Server sendet Antworten und Nachrichten, die von GATT‑Server‑Ereignissen ausgelöst werden, an den GATT‑Client.  Im NINA‑B1 Bluetooth Low Energy Modul von u‑blox sind beispielsweise die Rollen GATT‑Server und GATT‑Client implementiert.

Es ist auch möglich, massgeschneiderte Services zu definieren. Beispielsweise hat u‑blox festgelegt, dass der Serial Port Service von u‑blox den seriellen Austausch von Daten zwischen Bluetooth Low Energy Geräten, ganz ähnlich wie beim Bluetooth EDR/BR SPP, ermöglicht.

Features Beschreibung
Bluetooth 4.1  
BR/EDR Secure Connections Bietet 128‑Bit AES‑Verschlüsselung
Dual Mode Topologie Ermöglicht, dass ein Gerät gleichzeitig als Bluetooth Dual Mode Hub und Bluetooth Low Energy Peripheriegerät agiert
L2CAP Dedicated Channels Ermöglicht IPv6 über Bluetooth Low Energy
   
Bluetooth 4.2  
Internet Protocol Support Profile (IPSP) Ein Bluetooth Low Energy Sensor kann über ein Gateway‑Gerät auf das Internet zugreifen
LE Privacy 1.2 Verhindert, dass Bluetooth Low Energy Geräte verfolgt werden
LE Secure Connections Bietet 128‑Bit AES‑Verschlüsselung für Bluetooth Low Energy
LE Data Length Extension Steigert den Datendurchsatz auf das bis zu 2.5‑fache
   
Bluetooth 5  
2 Mbit/s LE Erweitert die von Bluetooth Low Energy unterstützten Datenraten auf bis zu 2 Mbit/s
LE Long Range Erweitert die Reichweite, die Bluetooth Low Energy Geräte unterstützen, auf mehr als das Doppelte
LE Advertising Extension Unterstützt längere Advertisment‑Nachrichten als Vorbereitung auf zukünftige IPv6‑basierte Mesh‑Netzwerke

 

Produkte

NINA-B301_and NINA-B302
Stand-alone Bluetooth 5 low energy modules
NINA-B1
Standalone Module mit Bluetooth Low Energy
ODIN-W2 series
Standalone Multi-Radio-Modulreihe mit Wi-Fi 802.11n & Bluetooth v.4.0 Dual Mode
Reihe von Standalone Dual-Mode-Bluetooth-Modulen
JODY-W165
Host-based multiradio modules with Wi-Fi and Bluetooth
EMMY-W161
Hostbasierte Multiradio-Module mit Wi-Fi, Bluetooth & NFC
Hostbasierte Multi-Radio-Modulreihe mit Wi-Fi 802.11n & Bluetooth v3.0+HS