Die Bluetooth-Technologie gibt es nun seit etwa 20 Jahren und mit dem IdD (Internet der Dinge) erfährt sie eine wahre Revolution, während immer mehr Anwendungsmöglichkeiten für Bluetooth-Leiterplatten auftauchen. Bluetooth wurde bereitgestellt, um auf die Bedürfnisse der Konsumenten einzugehen; seine technologische Evolution ist zu einem Entwicklungsmotor für Smart Buildings, Smart Industries und Smart Cities geworden.

Hier ein Überblick über die aktuellsten Technologietrends und neuesten Anwendungsmärkte für Bluetooth-Leiterplatten.

Bluetooth: Geschichte und Prinzip

Bluetooth ist eine Weiterentwicklung einer früheren Technologie, die Infrarotstrahlen nutzte, wie beispielsweise Fernbedienungen. Für dieses System musste man auf einen Sensor zielen und es konnten nicht mehrere Einheiten mit dem Netz verbunden sein. Diese Einschränkung wurde mit Bluetooth aus dem Weg geräumt.

Dieses funktioniert auf einer Frequenz von 2,4 GHz (Ultrahochfrequenz-Radiowellen; UHF) und ermöglicht die drahtlose Kontrolle von bis zu sieben „Slavegeräten“ über ein „Mastergerät“. Diese „Slaves“ kommunizieren nicht untereinander und empfangen nur Daten des „Masters“. In der neuesten Weiterentwicklung von Bluetooth ist dies nicht mehr der Fall, wie wir nachfolgend noch erklären werden.

Den Namen „Bluetooth“ erhielt die Technologie im Jahr 1994 vom schwedischen Hersteller Ericsson; er stammt vom dänischen König Harald Blauzahn (englisch: Harald Bluetooth), dem es damals gelang, mehrere Stämme in einem Königreich zu vereinen.

Bluetooth-Technologie: Die Trends

Bluetooth Low Energy (BLE)

Bluetooth Low Energy – bzw. Bluetooth LE oder Bluetooth Smart – kam im Jahr 2010 nach der Einführung der Version 4.0 von Bluetooth Core Specification auf. Die Leistung ist ähnlich jener des klassischen Bluetooth (1 Mbit/s), doch der Energieverbrauch beträgt bei gleichbleibender Reichweite nur ein Zehntel. Die Verbindung kann rasch aufgebaut und nach dem erfolgten Datentransfer unterbrochen werden. So können drahtlose Geräte mit geringer Reichweite entwickelt werden, die monate- oder sogar jahrelang über eine einfache Taste funktionieren.

BLE ermöglicht einen deutlich geringeren Energieverbrauch und niedrigere Betriebskosten bei gleicher Leistung, was den Weg für Bluetooth-Maschennetzwerke ebnet.

Bluetooth-Mesh-Netzwerke

Zunächst war die Anzahl der mit einem Bluetooth-Netzwerk verbindbaren Geräte auf 7 beschränkt, diese kommunizierten nur mit einem Mastergerät (und nicht untereinander). Dies ist heute nicht mehr der Fall.

In einem Maschennetzwerk gibt es kein zentrales Gerät, das mit den einzelnen Peripheriegeräten kommuniziert, sondern es wird über Hops in bidirektionalen Kanälen eine Nachricht von einem Punkt des Netzwerks an einen anderen Punkt gesendet, wodurch mehrere Knoten verbunden werden. Dies bringt deutliche Vorteile mit sich, da Dutzende verbundene Peripheriegeräte gleichzeitig gesteuert werden können, Reichweitenbegrenzungen überwunden werden und eine Redundanz geschaffen wird.

Die Einführung von Bluetooth-Mesh-Netzwerken wurde durch Bluetooth BR/EDR (Übertragung eines konstanten Datenflusses über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen zwei Geräten) und Bluetooth Low Energy (Übertragung eines nicht konstanten Flusses entlang einer Punkt-zu-Punkt- bzw. One-to-many-Verbindung und somit energiesparend) ermöglicht.

Diese Vermaschungskapazität beruht also zum großen Teil auf dem Standard Bluetooth LE, der für eine gesicherte und zuverlässige Verbindung von Dutzenden, Hunderten oder sogar Tausenden Geräten untereinander entwickelt wurde. Dies eignet sich ideal für Smart Buildings, Smart Industry oder Smart Cities sowie überall dort, wo der Aufbau eines autonomen und intelligenten Netzwerks erforderlich ist.

Diese auf BLE beruhende Technologie nutzt zur Datenübertragung eine geringe Bandbreite, um eine Verbindung zwischen energiesparenden Geräten eines einzigen Maschennetzwerks herzustellen. Ein weiterer Vorteil: Maschennetzwerke sind zweckorientiert, wodurch das Hinzufügen oder Entfernen von Knoten vereinfacht wird und nur – wenn überhaupt – eine geringe Neukonfiguration des Netzes erforderlich ist.

Bluetooth 5

Die meisten Smartphones der neuen Generation sind mit Bluetooth 5 ausgestattet. Dies ist die neueste Version (von 2016) der Spezifikationen, die von der Bluetooth Special Interest Group (SIG) festgelegt und von Arbeitsgruppen regelmäßig aktualisiert werden, um auf technologische Entwicklungen und die Anforderungen des Marktes zu reagieren.

Bluetooth 5 verdoppelt die Reichweite auf 200 m und vervierfacht die Übertragungsleistung in BLE auf 4 Mbits bei gleichem Energieverbrauch. Ein weiterer großer Fortschritt: Die Verringerung der Interferenzen mit WLAN, das ähnliche Frequenzbereiche nutzt, wodurch es eben zu Interferenzen kommen kann.

Diese neuen Spezifikationen werden den Bluetooth-Mesh-Netzwerken einen weiteren Impuls geben und die Abdeckung eines gesamten Industriegebäudes, Wohnhauses oder öffentlichen Gebäudes ermöglichen.

Web Bluetooth

Web Bluetooth ist eine JavaScript-API, die im Jahr 2014 von den Google-Mitarbeitern Jeffrey Yasskin und Vincent Scheib entwickelt wurde. Dieser Code kann von einem Webnavigator gelesen werden, der daraufhin mit jedem anderen Bluetooth-System kommunizieren kann, ohne jedes Mal eine App installieren zu müssen. Dieser Fortschritt sollte die Möglichkeiten des Webs durch direkte Interaktionen mit physischen Objekten (z. B. Wearables oder Smart Homes) noch erweitern.

Die Entwicklung spezieller Webanwendungen zur Steuerung und Überwachung eines Bluetooth-Netzwerks gewährleistet eine kostengünstigere Kompatibilität mit den Architekturprinzipien des Cloud Computing, das die meisten anderen IT-Systeme steuert.

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Bluetooth und Markttrends

Die letzten Bluetooth-Entwicklungen tragen zu steigenden Verkaufszahlen bei so ausgestatteten Geräten bei. Die Ausgabe 2019 des jährlich von der SIG veröffentlichten Bluetooth Market Update weist auf eine jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 8 % über die kommenden fünf Jahre hin. Im Jahr 2023 sollten 5,4 Milliarden mit Bluetooth ausgestattete Einheiten verkauft werden.

Bluetooth Low Energy wächst rasch

Bluetooth Low Energy ist der Ausgangspunkt für die Entwicklung der IdD-Systeme und wird im Jahr 2023 bei geschätzten 1,6 Milliarden ausgelieferten Bluetooth-Geräten bereits in 90 % davon vorhanden sein.

Anwendungsmöglichkeiten der Technologie und Geschäftsfelder

 Es gibt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für Systeme, die mit den neuen Bluetooth-Spezifikationen ausgestattet sind:

  • Audiostreaming: Headsets und Kopfhörer, tragbare Lautsprecher und komplette Systeme für Zuhause.

  • Datenübertragung: Wearables, Smart Watches, Smart Toys, Smart Tools, Smart Health, Zubehör und Peripheriegeräte für den PC.

  • IdD als Dienstleistung: Point-of-Interest-Informationen für Händler zur Verbesserung der Kundenerfahrung sowie für Smart Cities, das Auffinden von Objekten, um persönliche Gegenstände mit Bluetooth wiederzufinden (Schlüssel, Brieftasche, Handtasche etc), Dienstleistungen zum Zurechtfinden in Industrieanlagen und Krankenhäusern in Echtzeit, Indoor-Leitsysteme …

  • Industrielle Netzwerke: Steuersysteme für Smart Buildings und Smart Industry, Überwachungssysteme (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Produktivität der Arbeiter etc.), autonome intelligente Systeme für Beleuchtung, Belüftung und Sicherheit für geringeren Energieverbrauch, niedrigere Betriebskosten und Verlängerung der Lebensdauer des Netzwerks.