Bluetooth Noch fitter für Industrie-Anwendungen

Bluetooth galt früher als Funkprotokoll für Mobiltelefone und andere Verbrauchergeräte. Doch rasch fanden sich Applikationen in der Industrie. So wird die Bluetooth SIG im Laufe des Jahres 2016 mehrere Erweiterungen freigeben, um das Protokoll noch fitter für Industrieanwendungen zu machen.

von Mark Patrick, Supplier Marketing & Business Development Manager EMEA bei Mouser Electronics.

Verschiedene große Industriegeräteunternehmen entwickelten Bluetooth-basierte Systeme, weil das neue Protokoll mit kostengünstiger Implementierung und einfacher Bereitstellung ganz neue Möglichkeiten eröffnete. So zum Beispiel die Verknüpfung von Büroautomatisierungssystemen mit industriellen Steuergeräten. Damit konnten die Büroautomatisierungssysteme Produktionsdaten ohne Verbindung zu den für die Echtzeitsteuerung verwendeten Feldbussen oder eigens für die Ethernet-Unterstützung verlegte Kabel erfassen. Die Bediener konnten den Status der Steuergeräte mühelos auf Handheld-Computern abfragen oder neue Programme über den Link auf die Steuergeräte herunterladen.

Gerade für Industrieumgebungen, in denen elektromagnetische Interferenzen an der Tagesordnung sind, war Bluetooth mit seinem Konzept, Störungen und anderen HF-Problemen zu umgehen, wie geschaffen. Es nutzt das Frequenzsprungverfahren der Spread-Spectrum-Kommunikation, um Schmalband-Interferenzen zu vermeiden (Bild 1). Wenn ein Kanal von einem Störsender belegt wird, setzt dieses Protokoll die Übertragung einfach auf einem anderen, freien Kanal fort.

Da das Frequenzsprungverfahren adaptiv ist, lassen sich so auch mehrere wechselnde Störquellen mühelos umgehen. Dadurch kann Bluetooth die zahlreichen Hindernisse bewältigen, die den Funkempfang in einer Industrieumgebung üblicherweise beeinträchtigen. Reflexionen auf Oberflächen verursachen Aufhebungseffekte (Cancellation), die dazu führen, dass die Signale der einzelnen Kanäle an verschiedenen Stellen des Empfangsbereichs schwinden. Wird das Signal auf einem bestimmten Kanal zu schwach, kann der Bluetooth-Transceiver auf einen anderen Kanal wechseln. Häufig sorgen die Reflexionen auch für eine besonders hohe Signalstärke auf einigen der Kanäle, was insgesamt den Empfang verbessern kann.

Die Entwicklung von Bluetooth verspricht, dass sich dieses Funkprotokoll für die Industrieumgebung weiter verbessern wird. Gleichzeitig tragen neue Bausteine wie der CC2540T von Texas Instruments, der einen größeren Temperaturbereich unterstützt, dazu bei, dass Bluetooth-Transceiver mit der Industrieumgebung immer besser zurechtkommen.

Bluetooth wird weiterentwickelt

Im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Kommunikationsprotokollen unterstützt Bluetooth eine flexible Topologie, was die Entwicklung erheblich vereinfacht. In seiner ursprünglichen Form erreicht es im Vergleich zu anderen, leistungsfähigeren Protokollen wie Wi-Fi eine begrenzte Reichweite. Dadurch fällt andererseits aber auch der Energiebedarf insgesamt geringer aus, sodass sich IoT-Baugruppen (Internet der Dinge) in der Industrie leichter einführen lassen. Durch Ändern und Erweitern des Protokolls lässt sich die Begrenzung der Reichweite umgehen und eine breitere Palette von Anwendungen für Bluetooth-basierte Geräte erschließen.

Beispielsweise können batteriebetriebene Umgebungssensoren an Standorten installiert werden, die mit Netzwerk- oder Feldbuskabeln nur schwer zu erreichen sind. Durch ein Funkprotokoll können diese mit anderen Geräten im Werk sowie mit den für ihre Kommissionierung genutzten tragbaren Computern oder Tablets kommunizieren, auch wenn eigentlich kein Bluetooth-Sender in Reichweite ist.

Die Bluetooth Special Interest Group (SIG) hat eine Anzahl von Erweiterungen des Protokolls angekündigt, die im Laufe des Jahres 2016 freigegeben werden sollen. Eine davon soll die normale Reichweite vervierfachen, indem die Bitrate verringert wird. Das Protokoll ist adaptiv, sodass nähere Knoten höhere Bitraten nutzen können. Auf kurze Dis-tanz werden Geräte von einer Verdoppelung der Übertragungsrate auf 2 Mbit/s profitieren. Die Modi mit erhöhter Datenrate werden bereits von ersten Bausteinen unterstützt, zum Beispiel vom System-on-Chip-Baustein BCM20706 aus der »WICED«-Familie von Broadcom.