Bluetooth 5 Ready for IoT

Das IoT lebt von der drahtlosen Verbindung zwischen den „Dingen“ und ihren Host-Systemen. Die Bluetooth-Technologie spielt hier eine signifikante Rolle: 8,2 Milliarden Bluetooth-Geräte sind bereits heute im Einsatz. Mit Bluetooth 5 wird ihre Zahl erheblich ansteigen.

Die Bluetooth-Version 4.2 verfügt bereits über erweiterte Sicherheitsmechanismen und die Voraussetzungen für einen höheren Datendurchsatz. Dabei ist sie ebenso energieeffizient wie ihre Vorgänger. Jetzt kommt Bluetooth 5 mit einer Verdoppelung der Datenübertragungsrate, einer achtmal höheren Advertising/Broadcasting-Kapazität und einer Vervierfachung der Reichweite.

Zusätzlich zur Standard-Modulationsrate von 1 Mbit/s definiert Bluetooth 5 eine weitere Modulationsrate von 2 Mbit/s. Dadurch wird die maximale Übertragungsgeschwindigkeit fast verdoppelt. Das bedeutet nicht nur, dass größere Datenmengen in kürzerer Zeit gesendet werden können, sondern auch einen niedrigeren Stromverbrauch für die Übertragung einer bestimmten Datenmenge. Denn dieser hängt in erster Linie davon ab, wie lange eine Funkstrecke genutzt wird.

Bei den 2 Mbit/s handelt es sich allerdings um einen theoretischen Wert. Durch den Protokoll-Overhead liegt dieser in der Praxis eher bei 1,6 Mbit/s für den Datentransfer in beide Richtungen. Für eine Richtung stehen damit höchstens ca. 700–800 kbit/s zur Verfügung.
Höhere Broadcast-Kapazität

Ein wichtiges Merkmal von Bluetooth 5 sind die sogenannten „Advertising-Extensions“. Sie erlauben die Fortsetzung eines Advertisings außerhalb der spezifischen Kanäle. Da die so erhöhte Broadcast-Kapazität mehr Informationen enthalten kann, profitieren Anwendungen, die auf Broadcast-Fähigkeiten basieren – z.B. Beacons und Smart Mesh –, durch eine größere Datenmenge.

Beim Broadcast besteht kein expliziter Verbindungsaufbau zwischen den beteiligten Geräten, d.h. die gesendeten Daten können mit jedem beliebigen Bluetooth-Gerät empfangen und mitgelesen werden. Mit Bluetooth 5 lassen sie sich jedoch auch bei einem Broadcast verschlüsseln, sodass nicht notwendigerweise jeder Teilnehmer sie auch versteht. Das macht die jüngste Bluetooth-Version auch für Anwendungen wie Personen- oder Waren-Tracking, Indoor-Navigation und Smart Lighting interessant, die sich damit noch einfacher und mit größerem Funktionsumfang realisieren lassen.

Beide Erweiterungen sind in den Modulen ISP1507 von Insight SIP und BlueMod+S50 von Telit bereits umgesetzt. Das ISP1507 basiert auf dem SoC nRF52832 von Nordic Semiconductor mit Cortex-M4F-MCU mit 64 kB RAM und 512 kB Flash. Trotz enorm kleinem Formfaktor von nur 8 x 8 mm2 kommt es mit zwei integrierten Quarzen (32 MHz + 32 kHz) und Antenne und lässt sich einfach in verschiedene Anwendungen einbauen.

Das BlueMod+S50 von Telit hat den Familien-Formfaktor von 10 x 17 mm2, sodass sich die Vorgänger-Module, wie das BlueMod+SR (Dual Mode Modul), das BlueMod+S und das BlueMod+S42, technisch sehr komfortabel auswechseln lassen. Wie das ISP1507 basiert auch das BlueMod+S50 auf dem nRF52832. Damit bieten beide Module zusätzliche Features, wie eine integrierte und sichere NFC- (Near Field Communication) Fähigkeit sowie einen geringeren Stromverbrauch. Telit kann darüber hinaus mit selbst entwickelten Profilen aufwarten, wie z.B. dem Terminal-I/O-Profil, das vergleichbar ist mit dem SPP-Profil bei klassischem Bluetooth. Das extrem stromsparende BlueMod+S50-Modul ist für eine Vielzahl von Anwendungen im IoT-Bereich einsetzbar – von Home-Automation und Healthcare bis hin zu batteriebetriebenen Applikationen mit langen Produktlebenszyklen.

Größere Reichweite

Bluetooth Long Range hat eine weitere Verbesserung von Bluetooth 5 bereits vorweggenommen: die deutlich erhöhte Reichweite. Hierfür kommt eine aufwendigere Signalkodierung zum Einsatz. Diese nutzt zwar eine unveränderte 1-MSamples/s-Modulation, jedoch entweder zwei oder acht Samples für die Darstellung eines einzelnen Bits (125 kbit/s bzw. 500 kbit/s), und ermöglicht so die Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC). Dadurch empfiehlt sich Bluetooth auch für Anwendungen, bei denen mehrere Wände zwischen den Kommunikationspartner zu überwinden sind, wie z.B. Home-Automation- und Smart-City-Anwendungen.

Mit schnelleren, zuverlässigeren und belastbareren Verbindungen wird Bluetooth 5 dem erhöhten Datenverkehr und den Sicherheitsanforderungen des IoT gerecht. Für die Bluetooth Special Interest Group ist dies ein wichtiger Schritt, um im Sinne eines umfassenden, nahtlosen IoT auch Haus- und Gebäude-Anwendungen zu ermöglichen und standortbezogene Dienste weiter voranzutreiben. Denn das Potenzial ist groß: Über 371 Millionen Bluetooth-fähige Beacons werden laut ABI Research bis 2020 aufgebaut sein und sollen Nutzern Informationen bieten, die sie genau in diesem Moment brauchen können.