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Wireless-Design

Bluetooth Low Energy beschleunigt IoT-Entwicklungen

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Einfacheres Protokoll zur Frequenzverschiebung spart Strom

Bluetooth Low Energy verwendet die gleichen ISM-Bandfrequenzen mit 2,4 GHz wie die „klassische“ Bluetooth-Vorgängerversion, bedient sich dabei jedoch eines einfacheren Protokolls zur Frequenzverschiebung mit Gauß-Filter, um den Stromverbrauch zu reduzieren.

Darüber hinaus werden 2-MHz-Kanäle und Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)-Modulierung eingesetzt, um einen geringeren Energieverbrauch und stabilere Verbindungen zu unterstützen. Auf diese Weise können Interferenzen von anderen 2,4-GHz-Netzwerken wie Zigbee oder WiFi sowie Mobiltelefondaten wie 3G und LTE reduziert werden.

Die Spezifikationen 4.0 und 4.1 verwenden 40 der 2-MHz-Kanäle mit einer Verbindungsdatenrate von 1 MBit/s und einem Anwendungsdurchsatz von 270 kBit/s. Diese niedrigere Datenrate für Anwendungen wird jedoch durch eine Reduzierung der Latenz auf 6 ms gegenüber den 100 ms beim herkömmlichen Bluetooth aufgewogen, sodass mehr Überwachungsanwendungen unterstützt werden.

Die maximale Übertragungsleistung wird auf 10 mW gesenkt, womit die Reichweite auf unter 50 m begrenzt wird. Für Wearable- und Heimanwendungen mit geringer Reichweite sind diese Werte allerdings mehr als ausreichend.

Dedizierte Kanäle für IoT-Anwendungen wurden hinzugefügt

Die Version 4.1 ermöglicht intelligenten Geräten, mehrere Rollen gleichzeitig zu übernehmen, sodass ein Gerät, das „Bluetooth Smart Ready“ ist, zur gleichen Zeit sowohl als Hub als auch als Peripheriegerät agieren kann.

Die Koexistenz mit anderen drahtlosen Technologien, insbesondere WiFi im gleichen 2,4-GHz-Band, wurde verbessert, und es wurden dedizierte Kanäle für IoT-Anwendungen hinzugefügt.

Mit der L2CAP-Kanal-Architektur für Bluetooth Smart 4.1 kann ein Netzwerk von Geräten gesteuert und damit das Internet der Dinge erschlossen werden.
Mit der L2CAP-Kanal-Architektur für Bluetooth Smart 4.1 kann ein Netzwerk von Geräten gesteuert und damit das Internet der Dinge erschlossen werden.
(Bild: Digi Key)

Dies beruht auf einer „Logical Link Control and Adaptation Architecture“ (L2CAP), die Protokoll-Multiplexing höherer Ebene, Paketsegmentierung und Wiederzusammenführung sowie Servicequalitätsinformationen in 64-KByte-Paketen unterstützt.

Die Architektur basiert auf Kanälen, wobei jeder Endpunkt eine Kanalkennung (CID) trägt. Die CID-Zuordnung ist relativ zu einem bestimmten Gerät und ein Gerät kann CIDs unabhängig von anderen Geräten zuweisen. Dadurch können Geräte einfach einem Netzwerk hinzugefügt werden.

Bei Version 4.1 werden Verbindungen automatisch wiederhergestellt

Auch der Nutzungskomfort wird verbessert: Bei Version 4.1 werden Verbindungen automatisch wiederhergestellt, sodass die Verbindung wieder da ist, sobald der Anwender den Raum betritt. Des Weiteren unterstützt 4.1 Bulk-Transfers von Daten, wobei eine Verbindung hergestellt und eine größere Datei heruntergeladen wird – eine dauerhafte Verbindung muss nicht mehr aufrechterhalten werden.

Alle 4.0- und 4.1-Geräte werden künftig den Namen „Bluetooth Smart“ tragen, doch es gibt einige Unterschiede, die vor allem das Generic Attribute Profile (GATT) betreffen. Das Profil beschreibt einen Anwendungsfall, Rollen und allgemeine Verhaltensweisen sowie die Bluetooth-Dienste für einen bestimmten Geräteteil. Dazu zählen auch die Hierarchie der Dienste, Eigenschaften und Attribute.

„Bluetooth Smart“ wird für Geräte mit den Konfigurationen „Low Energy Core“ oder „Basic Rate“ und „Low Energy Combined Core“ bei gleichzeitiger Verwendung der GATT-basierten Architektur eingesetzt, um bestimmte Funktionen des Produkts zu unterstützen. Üblicherweise handelt es sich bei „Bluetooth Smart“-Produkten um Sensor- oder Datenkollektor-Geräte, die Daten an ein Hub-Gerät wie Smartphone oder Tablet übertragen.

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