Bluetooth 5

Ende 2016 führte die Bluetooth Special Interest Group die fünfte Version des Bluetooth-Standards ein. Diese Version, bekannt als Bluetooth 5, bietet viele wesentliche Neuerungen. Der Standard verdoppelt nicht nur das Tempo, sondern vervierfacht auch die Reichweite und verachtfacht die Übertragungskapazität für Broadcasts im Vergleich zur Version 4.

Die Datenrate erhöhte sich auf maximal 2 Mbit/s (enhanced data rate). Eine erhöhte Sendeleistung von 10 mW (Version 4) auf 100 mW steigerte die Reichweite. Damit können im freien Gelände bei Sichtkontakt bis zu 200 m überbrückt werden. In Gebäuden beträgt die Verbindungsreichweite etwa 40 m. Die Übertragungskapazität wuchs durch das neuen Paketformat von 31 Bytes auf 255 Bytes.

Bluetooth LE (Low Energy) und die Ausrichtung auf das Internet der Dinge (IoT), die bereits mit Version 4 begonnen wurden, setzt die aktuelle Spezifikation konsequent fort. Somit trägt sie der zunehmenden Vernetzung von Geräten Rechnung. Auch Geräte, die zuvor nicht im IT-Bereich genutzt wurden, wie etwa Heizungsthermostate oder Rauchmelder, können nun Bluetooth einsetzen.

Erweiterungen und Kompatibilität von Bluetooth 5

Bluetooth 5 Advertising Extensions

Die seit Version 4 bestehende Möglichkeit der verbindungslosen Kommunikation (Advertising) wurde in Version 5 durch die sogenannten Advertising Extensions deutlich erweitert. Mit einer erhöhten Datenrate von 255 Bytes pro Paket können nun größere Mengen an Informationen zwischen einem Sender (Master) und einem Empfänger (Slave) ausgetauscht werden. Dadurch werden neue Anwendungen wie die Indoor-Navigation und Orientierungshilfen in Gebäuden wie Behörden oder Flughäfen möglich.

Bluetooth 5 Kompatibilität

Bluetooth 5 ist grundsätzlich abwärtskompatibel. Falls spezielle Funktionen früherer Standards unterstützt werden müssen, sind möglicherweise Mehrfachimplementierungen erforderlich. Dabei unterscheidet man den Classic Mode (Bluetooth 1 – 3) vom Low Energy Mode (Bluetooth 4 und 5).

Für die Unterstützung des aktuellen Standards benötigt man jedoch nur noch Low Energy Module. Dies führt sowohl zu stromsparenden Anwendungen als auch zu geringeren Komponentenkosten bei der Entwicklung.

Entwicklungen bei telos

Hardware- und Software-Entwicklungen

telos hat in den letzten Jahren viele Anwendungen im Umfeld der verschiedenen Bluetooth-Standards und -Geräte entwickelt. Senderseitig werden hauptsächlich eigenständige Bluetooth-Module mit integriertem, programmierbarem Mikrocontroller angeboten. In letzter Zeit sind jedoch auch Mikrocontroller auf den Markt gekommen, die bereits Bluetooth-Komponenten integriert haben.

Die Hersteller bieten Software-Komponenten an, die den Einstieg in Bluetooth-Anwendungen erleichtern. Diese müssen jedoch durch eigene Entwicklungen ergänzt werden, um die Systeme an spezifische Bedürfnisse anzupassen. Bei externen Bluetooth-Modulen, die nicht in den Hauptcontroller integriert sind, implementiert man neben dem Bluetooth-Controller auch ein Kommunikationsprotokoll auf dem Hauptcontroller, um Daten mit dem Bluetooth-Controller auszutauschen. Hauptcontroller verfügen oft nicht über interne Hardware-Optimierungen für die Ansteuerung von Bluetooth-Chips.

Integrierte Lösungen

Integrierte Lösungen erfordern in den meisten Fällen keine zusätzliche Entwicklung von Kommunikationsprotokollen, da der Chiphersteller des Hauptcontrollers in der Regel eigene Lösungen (Bluetooth-Stack) anbietet, die gegebenenfalls optimiert werden können.

telos hat umfangreiche Erfahrungen in der Entwicklung von Hardware und Software für getrennte Lösungen aus Hauptcontroller und Bluetooth-Controller gesammelt, die speziell auf die Kundenbedürfnisse zugeschnitten werden. Darüber hinaus verfügt telos über große Kompetenzen im Bereich integrierter Hardwarelösungen, bei denen Bluetooth direkt von einem Hauptcontroller unterstützt wird.

Bluetooth auf der Empfängerseite

Empfangsgeräte müssen die vom Sender bereitgestellten Daten empfangen und geeignet darstellen. Die Daten können von einfachen Broadcast-Beacons (Advertising) bis hin zu komplexeren, proprietären Kundensystemen stammen, die hierarchisch organisierte Datenstrukturen auf Basis der sogenannten Generic Attributes (GATT) bereitstellen und übertragen. Je nach Hardwareeinsatz ist es auch möglich, dass der Slave Daten an den Master zurücksendet.

Geräte und Benutzeroberflächen

Als Empfangsgeräte kommen üblicherweise Smartphones mit integrierter Bluetooth-Unterstützung oder PC-/Laptop-Systeme in Frage. Diese Systeme verfügen entweder über eine Bluetooth-Schnittstelle oder verwenden einen separaten Bluetooth-Dongle (z.B. per USB). Eine geeignete Datenanzeige auf diesen Geräten erfordert in der Regel eine Benutzeroberfläche (GUI) mit passenden Anzeigemodulen. Häufig werden auch Eingabemöglichkeiten benötigt, z.B. für Konfigurationsdaten, die an den Sender zurückübertragen werden sollen.

Bluetooth auf Smartphones

Die Entwicklung von Bluetooth-Anwendungen auf Smartphones wird häufig für Android-Geräte nachgefragt. Android bietet nützliche API-Funktionen für die Bluetooth-Kommunikation, die durch die Entwicklung einer grafischen Benutzerschnittstelle unter Java basierend auf Kundenvorgaben erweitert werden können.

Bluetooth und Windows

PCs und Laptops werden in der Regel unter einem Windows-Betriebssystem betrieben. Diese Systeme können sowohl als Bluetooth-Sender als auch als Bluetooth-Empfänger arbeiten.

Der Bluetooth-Standard unter Windows richtet sich speziell an C/C++-Entwickler. Eine direkte Anbindung an dotNet, etwa um per C# eine GUI zu entwickeln, gibt es unter früheren Windows-Versionen nicht.

Von Microsoft unterstützte Drittanbieter bieten jedoch ab Windows XP freie Bibliotheken an, die bei der Anbindung an die dotNet-Welt helfen. Bluetooth-Anwendungen älterer Standards können ebenfalls eine GUI nutzen, z.B. unter Verwendung der Windows Presentation Foundation (WPF).

Bluetooth LE und Windows 10

Bluetooth LE wird durch WPF nicht unterstützt. Seit Windows 10 ist jedoch eine direkte Systemunterstützung von Bluetooth LE verfügbar, die den Umweg über externe Bibliotheken vermeidet. Voraussetzung für die Nutzung von Bluetooth LE unter Windows 10 ist der Einsatz der Universal Windows Platform (UWP). Das WPF-Framework hat keinen Zugriff auf alle notwendigen Windows-API-Funktionen im Bereich von Bluetooth LE.

telos hat seine Kompetenz in der Entwicklung grafischer Benutzerschnittstellen im Bluetooth-Kontext bereits häufig unter Beweis gestellt.

Schulungen

Darüber hinaus führt telos regelmäßig Firmenschulungen zum Thema Bluetooth durch. Damit unterstützen wir Unternehmen, eigene Kompetenzen bei der Entwicklung von Hard- und Software in diesem Bereich zu erwerben.

• Gerne beraten wir Sie in der Konzeption, Einführung und Umsetzung Ihrer Bluetoothprojekte in Hard- und Software
• telos ist seit 1988 aktiv. Nutzen Sie unser Ingenieurteam und die Erfahrung mehrerer Jahrzehnte!
• Nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf 040 450173 60
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