Was ist Bluetooth Low Energy?

1999 wurde eine Standardtechnologie für die drahtlose Kommunikation über Funkwellen geboren: Bluetooth. Da sie sich im Laufe der Zeit ständig weiterentwickelt, verbreitet sie sich sehr schnell und ist in viele Geräte in unserem täglichen Leben integriert. Nur zehn Jahre später wurde Bluetooth Low Energy (BLE) mit der Veröffentlichung der Version 4.0 der Core Specification eingeführt. Es hat die gleichen Eigenschaften wie sein großer Bruder, unterscheidet sich jedoch durch seinen sehr niedrigen Energieverbrauch.

Bluetooth Low Energy Funktionen und Betrieb

Bluetooth Low Energy ist unter vielen Namen bekannt: BLE, Bluetooth LE oder Smart Bluetooth, sein offizieller Name. Es wurde ursprünglich von Nokia unter dem Namen Wibree entwickelt, bevor es endgültig von der SIG (der Bluetooth Special Interest Group) übernommen wurde. Es wurde mit dem primären Ziel entwickelt, den Energieverbrauch so gering wie möglich zu halten. BLE bietet einen einfachen und zuverlässigen Zugang und wird von Herstellern von Verbraucherelektronik, mobilen Anwendungsentwicklern und Ingenieuren hoch geschätzt. Es eignet sich immer mehr für alles, was mit dem Internet der Dinge (IoT) zusammenhängt, das heute ein starkes Wachstum erlebt.

Funktionen

Der größte Vorteil von Bluetooth Low Energy ist zweifellos sein geringer Energieverbrauch. BLEwird für die periodische Übertragung kleiner Datenmengen im Nahbereich verwendet und ist leicht zu installieren. Im Allgemeinen verbraucht BLEnur halb so viel Energie wie Bluetooth. Schließlich bleiben seine Kosten relativ niedrig und die Langlebigkeit seiner Batterie ist nicht zu vernachlässigen.

Wie es funktioniert

BLE hat verschiedene Arten von Verbindungen. Ein in BLE verbundenes Objekt kann bis zu 4 verschiedene Funktionen haben:

• Der “Broadcaster”: Er kann als Server fungieren. Sein Zweck besteht also darin, regelmäßig Daten an ein Gerät zu übertragen, aber er akzeptiert keine eingehenden Verbindungen.
• “Der Beobachter: In einem zweiten Schritt kann das Objekt nur die Daten hören und interpretieren, die von einem “Broadcaster” gesendet werden. In dieser Situation kann das Objekt keine Verbindungen zum Server senden.
• Die “Zentrale”: oft ein Smartphone oder ein Tablet. Er ist ein Element, das auf zwei verschiedene Arten interagiert: entweder im Werbemodus oder im vernetzten Modus. Er ist dann der Anführer und von ihm aus startet der Datenaustausch.
• Die “Peripherie”: Sie akzeptiert Verbindungen von der Börse und sendet periodisch Daten an sie. Das Ziel dieses Systems ist es, Daten universell über das Protokoll zu verpacken, so dass sie von anderen Geräten verstanden werden können.

Klassisches Bluetooth Vs BLE

In der Realität werden diese beiden Technologien für sehr unterschiedliche Zwecke verwendet. Klassisches Bluetooth wird verwendet, um viele Daten ohne Unterbrechung zu verarbeiten, zu übertragen und auszutauschen (z.B. Audio). Es verbraucht jedoch schnell die Batterielebensdauer und kostet viel mehr.

BLE hingegen wird für Anwendungen verwendet, die nicht den Austausch großer Datenmengen erfordern und daher relativ leichte Informationen (wie z.B. Zeit oder Temperatur) erhalten. Da es eine nicht kontinuierliche Verbindung bietet, kann es mehrere Jahre lang zu niedrigeren Kosten als Bluetooth mit Batteriestrom betrieben werden.

Werbung und vernetzter Modus

Bluetooth-Geräte senden Pakete, um Daten zu verbreiten: Dies ist Werbung. Diese sind 31-byte-Blöcke, die senderspezifische Informationen enthalten können. Sie werden auch verwendet, um anderen Geräten (in der Regel Scannern) die Verbindung zu ihnen zu ermöglichen. Zur Information: Es gibt verschiedene Arten von Werbepaketen, die jeweils unterschiedliche Funktionen bieten (für direkte oder indirekte Werbung mit oder ohne die Möglichkeit einer Verbindung).

In BLE können zwei Geräte eine Verbindung nach dem Master/Slave-Prinzip herstellen. Dies ist der verbundene Modus. In diesem Fall wird häufig das GATT-Protokoll (Akronym für “Generic ATTribute”) zur Übertragung der Daten verwendet. Dieses Protokoll definiert, wie zwei BLE-Geräte Daten austauschen. Es verwendet die Begriffe “Dienste und Funktionen”, die zur Beschreibung der ausgetauschten Informationen verwendet werden:

• Ein Dienst kann eine Sammlung von Merkmalen enthalten.
• Ein Merkmal enthält eine Beschreibung, einen Wert und Informationen zur Definition des Wertes.

Auf der Frequenzseite werden bei Bluetooth 4.2 einige der Werbung gewidmet sein, während andere spezifisch für den verbundenen Modus sein werden.

Bluetooth ermöglicht den bidirektionalen Datenaustausch über UHF-Funkwellen und arbeitet im 2,4 GHz Band. 40 physikalische Kanäle sind für Zeit- und Frequenzmultiplexing zugewiesen, jeder mit einem Abstand von 2 MHz (d.h. von 2,4 GHz bis 2,8 GHz). Einige Kanäle werden für Bluetooth-Werbung genutzt, während andere für den Verbindungsteil verwendet werden.

Bluetooth nutztden gleichen Frequenzbereich wie Wi-Fi, aber die Ähnlichkeit endet hier. Bluetooth und insbesondere BLE verbrauchenweniger Energie. Die Reichweite und die Geschwindigkeit sind jedoch weitaus weniger wichtig als bei Wi-Fi.

Vorteile von BLE

Jedes Protokoll hat seine Vor- und Nachteile. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile von BLE:

• Für den Nutzer: Tatsächlich stammt es von einem Konsortium von Industriegiganten (IBM, Microsoft, Intel …), was ihm eine Akzeptanz und einen starken Kredit für wirtschaftliche Stabilität verleiht. Es ist bereits in alle Smartphones integriert, wodurch es einfach zu benutzen ist.
• Auf der Sicherheitsseite: Das Protokoll ermöglicht es, mehrere Sicherheitsstufen zu verwalten.

Things to keep in mind

Bluetooth Low Energy (BLE) ist eine Technologie, die für die industrielleUmgebung geeignet ist, da sie den schnellen Austausch von Informationen ermöglicht, die Energie verbrauchen können, wie z.B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Bewegung. All dies bei gleichzeitiger Gewährleistung einer zweimal so langen Batterielebensdauer wie bei herkömmlichem Bluetooth.