Bluetooth Low Energy (BLE)
Möchten Sie die BLE-Technologie in Ihre IoT-Lösungen integrieren? Wir erläutern Ihnen die technische Funktionsweise dieses Standardprotokolls für die drahtlose Kommunikation.
Was ist Bluetooth Low Energy?
Bluetooth Low Energy (BLE), auch bekannt als Bluetooth smart, ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die entwickelt wurde, um private Netzwerke (PAN) zu schaffen, die Verbindungen zwischen verbundenen Objekten und Gateways (Smartphone, PC, Access Point) herstellen, um eine Vielzahl von Daten zu sammeln.
Diese Variante des “klassischen” Bluetooth wurde entwickelt, um einen möglichst geringen Energieverbrauch zu bieten, was wesentlich zu seiner Entwicklung auf dem Markt für industrielle vernetzte Objekte beigetragen hat. Diese technische Besonderheit ermöglicht es unter anderem, die Betriebsdauer der angeschlossenen Objekte erheblich zu verlängern, indem die Aktivitätszeit verkürzt wird.
Bluetooth Low Energy ist aufgrund seiner Funktionsweise besser für industrielle Zwecke geeignet als das sogenannte “klassische” Bluetooth. Viele industrielle Anwendungsfälle erfordern weder eine hohe Sendefrequenz noch die Übertragung von schweren oder komplexen Informationen.
Dieses offene Kommunikationsprotokoll, das in drahtlose Sensoren und Beacons eingebettet ist, wird die Erfassung von Daten wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Türöffnungserkennung, Bewegung oder auch einer Identifikationsnummer erleichtern.
Entdecken Sie unser Angebot an Beacons und industriellen Bluetooth-Sensoren.
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Bluetooth-Beacons vs. Bluetooth-Sensoren
Um Daten mit Hilfe der Bluetooth Low Energy Technologie zu sammeln, stützen sich die Industrieunternehmen auf Netzwerkinfrastrukturen , in denen verbundene Objekte verwendet werden, bei denen es sich um identifizierende Beacons oder Sensoren handeln kann.
Bluetooth-Beacon
Ein Bluetooth-Beacon ist ein kleiner, drahtloser Sender, der wie ein Namensschild aussieht und in regelmäßigen Abständen eine eindeutige Identifikationsnummer, die UID (Unique Identifier) genannt wird, aussendet. BLE-Beacons können in vielen konkreten Fällen zur Identifizierung, automatischen Inventarisierung und Verfolgung eingesetzt werden:
Bluetooth-Sensor
Ein industrieller Bluetooth-Sensor ist ein drahtloser Sensor, der eine Vielzahl von Umweltdaten messen und sammeln kann. Ein Bluetooth-Sensor kann in vielen Branchen eingesetzt werden, um Geschäftsprozesse zu digitalisieren, die Leistung zu verbessern und die Sicherheit zu erhöhen:
Automatische Inventur von Paletten, Ersatzteilen, …
Verfolgung von Geräten auf einer Baustelle, in einem Lager, einem Fahrzeug…
Identifikation von Fahrern, Passagieren,…
Identifizierung von Anhängern, Kippern,…
Zugangskontrolle für Gebäude und Baustellen,…
Schutz von Waren und Ausrüstungen vor Diebstahl
Vorausschauende und vorbeugende Wartung
Rückverfolgbarkeit der Kühlkette
Messung der Auslastung der Arbeitsräume
Verwaltung des Energieverbrauchs von Gebäuden
Bluetooth-Beacon
Ein Bluetooth-Beacon ist ein kleiner, drahtloser Sender, der wie ein Namensschild aussieht und in regelmäßigen Abständen eine eindeutige Identifikationsnummer, die UUID (Universal Unique Identifier) genannt wird, aussendet. BLE-Beacons können in vielen konkreten Fällen zur Identifizierung, automatischen Inventarisierung und Verfolgung eingesetzt werden:
Identifizierung von Anhängern, Kippern,…
Zugangskontrolle für Gebäude und Baustellen,…
Identifikation von Fahrern, Passagieren,…
Verfolgung von Geräten auf einer Baustelle, in einem Lager, einem Fahrzeug…
Automatische Inventur von Paletten, Ersatzteilen, …
Bluetooth-Sensor
Ein industrieller Bluetooth-Sensor ist ein drahtloser Sensor, der eine Vielzahl von Umweltdaten messen und sammeln kann. Ein Bluetooth-Sensor kann in vielen Branchen eingesetzt werden, um Geschäftsprozesse zu digitalisieren, die Leistung zu verbessern und die Sicherheit zu erhöhen:
Schutz von Waren und Ausrüstungen vor Diebstahl
Vorausschauende und vorbeugende Wartung
Messung der Auslastung der Arbeitsräume
Rückverfolgbarkeit der Kühlkette
Verwaltung des Energieverbrauchs von Gebäuden
Warum BLE?
Wenn Sie nach einer drahtlosen Kommunikationstechnologie suchen, die eine flexible Reichweite bei geringem Energieverbrauch bietet, ist BLE die ideale Lösung für Ihre IoT-Anforderungen.
Reduzierter Energieverbrauch
BLE wurde entwickelt, um den Energieverbrauch zu minimieren, was bedeutet, dass Ihre Geräte länger mit einer einzigen Batterie betrieben werden können. Ob es sich um Tracking-Geräte oder intelligente Sensoren handelt, BLE verlängert die Lebensdauer der Batterie.
Adaptive Reichweite
BLE bietet eine flexible Reichweite, die an die Bedürfnisse der Anwendung angepasst werden kann. Sie können eine Reichweite von einigen Metern bis zu mehreren Dutzend Metern haben, so dass sie an spezifische Anwendungsszenarien angepasst werden kann.
Konnektivität und Interoperabilität
BLE verfügt über zahlreiche Standardprofile, die definieren, wie Geräte für spezifische Anwendungsfälle kommunizieren sollen, wodurch es mit einer breiten Palette von Geräten kompatibel ist, von Smartphones bis zu IoT-Sensoren, was die Interoperabilität zwischen allen Geräten erleichtert.
Verstärkte Sicherheit
Die BLE-Sicherheitsprotokolle gewährleisten, dass Ihre Daten während der Übertragung geschützt sind. Sie können sich darauf verlassen, dass Ihre Informationen auch in sensiblen Umgebungen vertraulich behandelt werden.
Wie funktioniert Bluetooth Low Energy?
Die Bluetooth Low Energy Technologie ermöglicht den bidirektionalen Datenaustausch mit Hilfe von UHF-Funkwellen und arbeitet im ISM-Frequenzbereich von 2,400 GHz bis 2,483 GHz. BLE werden 40 Kanäle im Abstand von 2 MHz zugewiesen, um die Kommunikation zwischen den Geräten zu ermöglichen.
BLE verfügt über verschiedene Arten von Verbindungen und jedes Objekt, das mit BLE verbunden ist, kann bis zu vier verschiedene Funktionen haben:
- Broadcaster: Er hat die Aufgabe, regelmäßig Daten an ein Gerät zu übertragen, akzeptiert aber keine eingehenden Verbindungen. Er kann als Server fungieren.
- Beobachten: In diesem Kontext kann das Objekt nur die von einem “Broadcaster” gesendeten Daten hören und interpretieren. Es kann keine Verbindung zum Server senden.
- Die Zentrale: Das Gerät empfängt und verarbeitet die von einem Broadcaster übertragenen Dateien.
- Das Peripheriegerät : Es stellt die Verbindungen zur Vermittlungsstelle her, bevor es Dateien an diese überträgt.
Haben Sie ein IoT-Projekt?
Unsere Experten begleiten und beraten Sie bei der Auswahl Ihrer Bluetooth-Sensoren und Beacons.
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Woraus besteht eine BLE-Netzwerkinfrastruktur?
Eine BLE-Netzwerkinfrastruktur basiert auf einer Reihe von Bluetooth-Beacons und/oder -Sensoren, einem Gateway (Zugangspunkt, Smartphone, PC, Tracker,…), einem Backend (Server/Cloud) und einer Geschäftsanwendung.
Die angeschlossenen Objekte werden in regelmäßigen Abständen senden, um ihre Identifikationsnummer und/oder Sensordaten zu übermitteln. Das BLE-Gateway wird seine Umgebung kontinuierlich scannen und abhören und die Beacons und IoT-Sensoren in seinem Bereich erkennen. Es sammelt die Informationen und überträgt sie entweder über Ethernet, Wifi oder 4G an den Server/die Cloud des Kunden. Im Back-End werden die Rohdaten gespeichert, verarbeitet und analysiert.
Sobald die Daten entschlüsselt sind, können sie in der Geschäftsanwendung in Form von Historien, Diagrammen oder Plänen angezeigt werden. Es können auch Befehle an die Beacons und Sensoren von der Geschäftsanwendung aus gesendet werden, wie z.B. die LED ON/OFF-Funktionalität.
Was ist der Umfang von BLE?
Die Reichweite des Bluetooth Low Energy (BLE) Signals ist eine der wichtigsten Eigenschaften dieser drahtlosen Kommunikationstechnologie. Die Reichweite bestimmt die maximale Entfernung, über die ein BLE-Gerät eine Verbindung herstellen und mit einem anderen Gerät, wie einem Smartphone, einem Sensor oder einem Zubehörteil, kommunizieren kann. Hier sind einige wichtige Punkte, die Sie bezüglich der Reichweite des BLE-Signals verstehen sollten:
Typische Reichweite
Die Reichweite des BLE-Signals hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Leistungsklasse des Geräts, der Umgebung, Hindernissen und Funkinterferenzen. Im Allgemeinen liegt die typische BLE-Reichweite jedoch zwischen 10 und 100 Metern. Bei kurzen Entfernungen kann die Reichweite sehr kurz sein (einige Meter), während sie bei langen Entfernungen 100 Meter oder mehr betragen kann.
Leistungsklassen
BLE-Geräte werden im Allgemeinen in drei Leistungsklassen eingeteilt: Klasse 1, Klasse 2 und Klasse 3. Klasse 1 bietet die maximale Reichweite, die über 100 Meter erreichen kann. Klasse 2 ist für BLE-Geräte wie Smartphones üblich und bietet eine typische Reichweite von etwa 10 Metern. Klasse 3 ist selten und bietet eine begrenzte Reichweite von wenigen Metern.
Umgebung und Hindernisse
Die Umgebung hat einen erheblichen Einfluss auf die Reichweite von BLE. Physische Hindernisse, wie Wände, Möbel und Metallteile, können das Signal dämpfen und die Reichweite verringern. Offene Umgebungen im Freien bieten in der Regel eine größere Reichweite als überfüllte Innenräume.
Radiointerferenzen
Interferenzen von anderen drahtlosen Geräten oder Wi-Fi-Netzwerken können die Reichweite von BLE beeinträchtigen. In Umgebungen, in denen viele drahtlose Signalquellen nebeneinander existieren, kann die Reichweite beeinträchtigt werden.
Spezifische Umsetzung
Die tatsächliche Reichweite kann je nach der Art und Weise, wie BLE in einem bestimmten Gerät implementiert ist, variieren. Einige Hersteller bauen leistungsfähigere Antennen ein, um die Reichweite zu erhöhen, während andere auf Kosten der Reichweite einen niedrigen Energieverbrauch bevorzugen.
Anwendungen
Die Reichweite von BLE ist für viele IoT-Anwendungen geeignet, darunter persönliche Überwachung, Näherungssensoren, Objektverfolgungsgeräte, tragbare Geräte, schlüssellose Schließsysteme und viele andere.
Unterschied zwischen Bluetooth Low Energy und klassischem Bluetooth?
Bluetooth Low Energy (BLE) ist eine Variante des klassischen Bluetooth, die seit der Version v4.0, die 2010 veröffentlicht wurde, in den Standards enthalten ist. Beide Protokolle für die drahtlose Kommunikation haben denselben Ursprung, aber sehr unterschiedliche Eigenschaften, Funktionen und Anwendungsbereiche.
Energieverbrauch
Aufgrund des höheren Energieverbrauchs wird das klassische Bluetooth häufig bei Geräten verwendet, die von einer konstanten Energiequelle versorgt werden, wie Steckdosen oder größere Batterien.
Bluetooth Low Energy ist, wie der Name schon sagt, auf einen geringen Energieverbrauch ausgelegt. Es ist ideal für Anwendungen, die eine lange Batterielebensdauer erfordern, wie Sensoren, Tracking-Geräte und tragbare Geräte.
Latenzzeit
Das klassische Bluetooth ist für Datenübertragungen mit hoher Geschwindigkeit konzipiert. Es ist ideal für die Übertragung von großen Dateien, wie Musikstreaming und Sprache in hoher Qualität. Dies führt jedoch zu einem höheren Energieverbrauch.
BLE ist für kleine Datenübertragungen gedacht, aber es ist effizient, um Daten periodisch oder als Reaktion auf Ereignisse zu senden. Dies macht es zu einer idealen Wahl für die Überwachung und Kontrolle bei niedrigen Datenraten.
Datenübertragungsrate
BLE unterstützt intermittierende Verbindungen, bei denen die Geräte aufwachen, Daten austauschen und in den Standby-Modus wechseln, um Energie zu sparen. Dieser Ansatz ist ideal für Geräte, die keine ständige Verbindung benötigen.
Das klassische Bluetooth wird häufig für kontinuierliche Verbindungen verwendet, wie z.B. die drahtlose Übertragung von Audio von einem Smartphone zu Kopfhörern oder Lautsprechern. Es eignet sich gut für Anwendungen, die eine konstante Datenübertragung erfordern.
Reichweite
Im Allgemeinen ist das Bluetooth-Protokoll eine drahtlose Technologie für den Nahbereich. Das klassische Bluetooth hat eine begrenzte Reichweite von wenigen Metern (10 bis 15 m max.). Bluetooth Low Energy hingegen bietet eine etwas größere Reichweite, die bis zu einigen hundert Metern im freien Feld reicht.
In jedem Fall hat die Umgebung, in der Bluetooth-Beacons und -Sensoren verwendet werden, einen starken Einfluss auf die Reichweite. Die Leistung wird durch Hindernisse wie Wände oder Stahlträger beeinträchtigt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Hauptunterschied im Energieverbrauch und den Zielanwendungen liegt. Das klassische Bluetooth ist für Anwendungen geeignet, die eine kontinuierliche Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit erfordern, während BLE für Anwendungen mit niedrigem Energieverbrauch und sporadischer Datenübertragung konzipiert ist. Die Wahl zwischen den beiden hängt von Ihren spezifischen Anforderungen an die drahtlose Kommunikation ab.
Welche alternativen Technologien zu BLE?
BLE vs. Wirepas Mesh
Die Wirepas-Technologie nutzt ein Mesh-Netzwerk, bei dem jedes angeschlossene Gerät als Relais für Daten dienen kann, wodurch ein selbstorganisierendes und belastbares Netzwerk entsteht. Dies ermöglicht eine große Flexibilität bei der Konfiguration des Netzwerks. Im Gegensatz zu BLE ist Wirepas jedoch nicht standardisiert und offen, sondern konzentriert sich hauptsächlich auf lokale Konnektivität, was bedeutet, dass es für Anwendungen geeignet ist, die eine Kommunikation über kurze Entfernungen in bestimmten Umgebungen erfordern. Für Anwendungen wie Indoor-Tracking von Personen oder Werkzeugen bietet die Wirepas-Technologie eine höhere Genauigkeit und eine schnellere Reaktionsfähigkeit als BLE.
BLE vs. Quuppa
Die Quuppa-Technologie basiert auf einer Infrastruktur, die aus 360°-Drahtantennen besteht, die in der Höhe befestigt sind, und aus Ortungsgeräten, sogenannten “Tags “, die an den zu ortenden Objekten oder Personen angebracht sind. Der Hauptunterschied zwischen BLE und der Quuppa-Technologie liegt in der Methode zur Berechnung der Position. Quuppa basiert auf der AoA-Methode (Angle of Arrival), die eine extrem genaue Echtzeit-Lokalisierung (RTLS) ermöglicht (<1m), während BLE auf der Stärke des RSSI-Signals basiert, das eine Lokalisierung bis auf wenige Meter ermöglicht. Die Netzwerkinfrastruktur, die erforderlich ist, um eine solche Genauigkeit mit der Quuppa-Technologie zu erreichen, kann jedoch zu höheren Anschaffungskosten als bei BLE führen. Die Wahl zwischen den beiden Technologien hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und den erforderlichen Genauigkeitsgraden ab.
BLE vs. Wi-Fi
Die Wahl zwischen BLE und Wi-Fi im Bereich des IoT hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab. BLE ist ideal für Geräte mit geringem Energieverbrauch und kurzer Reichweite, während Wi-Fi besser für Anwendungen geeignet ist, die höhere Datenraten über eine größere Entfernung erfordern. Es ist auch möglich, diese beiden Technologien ergänzend einzusetzen, um die spezifischen Anforderungen eines IoT-Projekts zu erfüllen. Bluetooth Low Energy ist mit bestehenden Wi-Fi-Netzwerken interoperabel, was die Integration insbesondere für Smart-Building-Anwendungen erleichtert.
