7-2013

Wireless
Bild 2: Die Konnektivität zu Smartphones und Tablets, auf denen
eine „App“ als lokales HMI sowie als Access Point oder Gateway
dienen kann, wird immer wichtiger.
mehrere Möglichkeiten für die
Versorgung mit Energie. Zu den
möglichen Energiequellen durch
Energy Harvesting gehören:
Sonnenenergie, Temperaturunterschiede
und Bewegung (z.B.
Rotation oder Vibration).
Zusätzlich zur Konnektivität
mit der Cloud werden für die
lokale Überwachung und Steuerung
immer häufiger Smartphones
oder Tablets eingesetzt,
wodurch der Bedarf an Wireless-Technologie
in persönlichen
HMI (Human Machine Interface)
steigt.
Ein derartiges mobiles Gerät
kann auch als Gateway für die
Cloud fungieren. Die Betriebssysteme
(Apple iOS, Android
oder Windows) benötigen Low
Power Wireless-Technologien
und integrierte Konnektivität
zu diesen Gerätetypen.
Was ist Bluetooth Low
Energy?
Bluetooth Low Energy Technologie
ist, dank des extrem niedrigen
Stromverbrauchs und der
Konnektivitätsmöglichkeiten
mit Smartphones und Tablets,
besonders interessant als Option
für Wireless-Technologie.
Bluetooth Low Energy unterscheidet
sich erheblich von der
Classic Bluetooth Technologie,
die ideal geeignet ist für Anwendungen,
welche fortlaufend
Daten streamen, einschließlich
Sprachanwendungen. Classic
Bluetooth hat dafür gesorgt,
dass viele Anwendungen in den
Bereichen Consumer, Industrie
und Medizintechnik kabellos
betrieben werden können. Bluetooth
Low Energy Technologie
ist die perfekte Wahl für Anwendungen,
die phasenweise oder
regelmäßig kleine Datenmengen
übertragen müssen. Bluetooth
Low Energy verfügt über
einzigartige Eigenschaften und
neue Features, die mit Classic
Bluetooth nicht praktikabel sind.
Beispielsweise ist es möglich,
mit Knopfzellenbatterien betriebene
Sensoren und Antriebe mit
Bluetooth Low Energy fähigen
Smartphones, Tablets oder Gateways
zu verbinden.
Der Stromverbrauch wird auf ein
Minimum beschränkt, da sich
ein Gerät mit Bluetooth Low
Energy die meiste Zeit im Ruhezustand
befindet und nur „aufwacht“,
wenn tatsächlich eine
Verbindung aufgebaut wird. Die
eigentlichen Verbindungszeiten
belaufen sich auf nur wenige
Millisekunden, der maximale
Stromverbrauch beträgt weniger
als 15 mA und lediglich 1
µA sind als durchschnittlicher
Stromverbrauch möglich. Ein
kleines Gerät kann mehrere Jahre
lang mit einer Knopfzellenbatterie,
wie einer CR2032-Batterie,
betrieben werden. Auch alternative
Energiequellen sind denkbar.
Um einen extrem geringen
Stromverbrauch zu erreichen,
verwendet Bluetooth Low
Energy eine kleinere Datenrate.
Theoretisch beträgt die Datenrate
1 Mbit/s, in der Praxis belaufen
sich die Übertragungsraten für
Bluetooth Low Energy jedoch
auf weniger als 100 kbit/s.
Software und Struktur
Classic
Low Energy
Daten-Payload-Durchsatz (netto) 2 Mbit/s ~100 kbit/s
Robustheit Überzeugend gut Überzeugend gut
Reichweite Bis zu 1000 m Bis zu 250 m
Dichte des lokalen Systems Überzeugend gut Überzeugend gut
Großflächiges Netzwerk Schwach Gut
Niedrige Latenz Überzeugend gut Überzeugend gut
Geschwindigkeit des Verbindungsaufbaus Schwach Überzeugend gut
Stromverbrauch Gut Sehr gut
Kosten Gut Überzeugend gut
B l u e t o o t h u m f a s s t e i n e
bestimmte Menge an „Profilen“,
in denen im Wesentlichen
anwendungsdefiniertes Verhalten
abgesteckt wird, das Bluetooth-Geräte
für die Kommunikation
untereinander verwenden.
Beispiele für Classic Bluetooth
Profile sind Headset Profile
(HSP) für die Sprachausgabe
per Headset, Object Exchange
(OBEX) für die generische Datenübertragung
zwischen zwei
Geräten, Advanced Audio Distribution
Profile (A2DP) für die
Übermittlung von Audiodaten,
Video Distribution Profile (VDP)
für die Übertragung von Videodaten,
File Transfer Profile (FTP)
für die Dateiübertragung, Serial
Port Profile (SPP) für die serielle
Datenübertragung und Personal
Area Networking Profile (PAN)
für Netzwerkverbindungen.
Die Profile von Bluetooth Low
Energy unterscheiden sich
von den Profilen von Classic
Bluetooth und basieren auf
dem Generic Attribute Profile
(GATT). GATT enthält Service-
Gruppen, Attribute, Deklarationen
und Beschreibungen. Im
Generic Access Profile (GAP)
werden Geräteerkennung,
Verbindungen und Bonding
beschrieben.
Auf diese Weise werden eine
Reihe von grundlegenden Services
und Profilen eingerichtet,
wie z.B. die Zeit, der Batteriezustand,
E/A für Automatisierung,
Gebäudeautomatisierung
(z.B. Temperatur, Thermostate,
Feuchtigkeit, Beleuchtung, Ein-/
Ausschalter, Dimmer) Fernsteuerung,
Fitness (z.B. Schrittzähler
oder Herzfrequenzmesser),
medizinische Geräte (z.B. Blutzuckermessgeräte)
usw.
Im Gegensatz zu Classic Bluetooth
sind Produktentwickler
mit Bluetooth Low Energy in
der Lage, ihre eigenen Profile
und Services zu entwickeln und
zu den von Bluetooth SIG entwickelten
hinzuzufügen. Beispielsweise
hat connectBlue den
Low Energy Serial Port Service
entwickelt. Es handelt sich um
einen GATT-basierten Service,
der transparente serielle Kommunikation
bietet und daher
eine ideale Lösung für Geräte
mit niedrigeren Datenraten ist,
die phasenweise Daten übertragen
müssen.
12 hf-praxis 7/2013