Bluetooth 5

Die fünfte Version des Bluetooth-Standards wurde Ende 2016 eingeführt. Diese als Bluetooth 5 bezeichnete Version beinhaltet einige wesentliche Neuerungen. So wartet dieser Standard mit doppeltem Tempo, vierfacher Reichweite und achtfacher Übertragungskapazität für Broadcasts gegenüber der Version 4 auf.

Die Datenrate wurde dabei auf max. 2 Mbit/s (enhanced data rate) erhöht. Eine Reichweitenerhöhung erreicht man durch eine Erhöhung der maximalen Sendeleistung von 10 mW (Version 4) auf nunmehr 100 mW. Damit sollen im freien Gelände bei Sichtkontakt bis zu 200 m überbrückt werden können, in Gebäuden wird von einer Verbindungsreichweite von ca. 40 m ausgegangen. Die Übertragungskapazität steigt von 31 Bytes auf 255 Bytes.

Die bereits mit der Version 4 eingeleitete Fokussierung auf niedrige Leistungswerte (Bluetooth LE) und Internet-of-Things (IoT) Anwendungen wird mit der aktuellen Spezifikation fortgesetzt. Speziell dem Fortschreiten in der Vernetzung der Geräte wird damit Rechnung getragen.

Eine wesentliche Änderung gegenüber früher ist zudem, dass sich Bluetooth nun auch für Geräte eignet, die bisher noch nicht im IT-Kontext zu finden waren, etwa Heizungsthermostate oder Rauchmelder.

Bluetooth 5 Advertising Extensions

Die seit Version 4 bestehende Möglichkeit der verbindungslosen Kommunikation (Advertising) wird in Version 5 durch die sog. Advertising Extensions fortgesetzt. Dabei können nun, aufgrund der erhöhten Datenrate auf 255 Bytes, größere Mengen an Informationen zwischen einem Sender (Master) und Empfänger (Slave) ausgetauscht werden. Dadurch sollen neue Anwendungen wie die Indoor-Navigation und Orientierungshilfen innerhalb von Gebäuden wie Behörden oder Flughäfen möglich werden.

Bluetooth 5 Kompatibilität

Bluetooth 5 ist dabei grundsätzlich abwärtskompatibel, allerdings müssen ggf. Mehrfachimplementierungen vorgenommen werden, wenn spezielle Funktionen früherer Standards unterstützt werden sollen. Man unterscheidet hierbei den Classic Mode (Bluetooth 1 – 3) und den Low Energy Mode (Bluetooth 4 und 5).

Bei der Unterstützung des aktuellen Standards benötigt man allerdings nur noch Low Energy Module, was zu stromsparenden Anwendungen und zu geringeren Komponentenkosten bei der Entwicklung führt.

Bluetooth-Entwicklungen bei telos

telos hat im Laufe der letzten Jahre eine Vielzahl von Anwendungen im Umfeld der verschiedenen Bluetooth Standards und Bluetooth Geräte entwickelt.

Senderseitig werden überwiegend eigenständige Bluetooth-Module mit integriertem, programmierbarem Mikrocontroller angeboten. Allerdings werden in jüngster Zeit auch Mikrocontroller angeboten, die bereits Bluetooth-Komponenten integriert haben.

Für beide Lösungen bieten Hersteller in der Regel zwar einige Software-Komponenten an, um einen Einstieg in die Bluetooth-Anwendungen zu ermöglichen. Allerdings müssen diese durch eigene Software-Entwicklungen ergänzt werden, um die Systeme auf die gewünschten Bedürfnisse anzupassen. In den Fällen, in denen das Bluetooth-Modul extern und nicht integriert in einen Hauptcontroller angeordnet wird, muss neben dem Bluetooth-Controller meistens auch noch ein Kommunikationsprotokoll auf dem Hauptcontroller implementiert werden, über das Daten mit dem Bluetooth-Controller ausgetauscht werden können. Dabei muss zudem beachtet werden, dass der Hauptcontroller nicht über interne Hardware-Optimierungen für die Ansteuerung der Bluetooth-Chips verfügt.

Bei einer integrierten Lösung fällt in den meisten Fällen die Entwicklung von Kommunikationsprotokollen weg, da der Chiphersteller des Hauptcontrollers hier bereits eigene Lösungen anbietet (Bluetooth-Stack), die dann ggf. nur optimiert werden müssen.

telos hat senderseitig (Master) vielfältige Erfahrungen mit der Entwicklung von Hardware und Software für getrennte Lösungen aus Hauptcontroller und Bluetooth-Controller, die ganz speziell auf die Kundenbedürfnisse zugeschnitten werden. Darüber hinaus verfügen wir auch über umfangreiche Kompetenzen im Bereich der integrierten Hardwarelösungen, bei denen Bluetooth direkt von einem Hauptcontroller unterstützt wird.

Auf der Empfängerseite (Slave) müssen die vom Sender bereitgestellten Daten empfangen und geeignet dargestellt werden. Die Daten können dabei von einfachen Broadcast-Beacons (Advertising) bis hin zu komplexeren proprietären Kundensystemen stammen, die hierarchisch organisierte Datenstrukturen auf Basis der sog. Generic Attributes (GATT) bereitstellen und übertragen. Je nach Hardwareeinsatz ist es zudem zum Teil auch möglich, vom Slave Daten zurück an den Master zu senden.

Als Empfangsgeräte kommen dabei üblicherweise Smartphones mit integrierter Bluetooth-Unterstützung oder auch PC/Laptop-System in Frage, die über eine Bluetooth-Schnittstelle verfügen oder einen separaten Bluetooth-Dongle (z.B. per USB angebunden) verwenden. Eine geeignete Datenanzeige auf diesen Geräten bedingt i.d.R. ein User Interface (GUI) mit passenden Anzeigemodulen. Zusätzlich werden häufig auch Eingabemöglichkeiten z.B. für Konfigurationsdaten benötigt, die an den Sender zurückübertragen werden sollen.

Bluetooth auf Smartphones

Eine Entwicklung von Bluetooth auf Smartphones wird dabei häufig für Android-Geräte nachgefragt. Dieses Betriebssystem bietet bereits nützliche API-Funktionen für die Bluetooth-Kommunikation, die dann durch eine Eigenentwicklung einer grafischen Benutzerschnittstelle unter Java auf Basis von Kundenvorgaben erweitert werden können.

Bluetooth und Windows

PC/Laptops hingegen werden in der Regel unter einem Windows-Betriebssystem betrieben. PC/Laptops sind zudem in der Lage, sowohl als Bluetooth-Sender, als auch als Bluetooth-Empfänger zu arbeiten.

Der Bluetooth-Standard unter Windows ist allerdings speziell für C/C++ Entwickler entworfen worden. Eine direkte (native) Anbindung an dotNet, etwa um per C# eine GUI dafür zu entwickeln, gibt es unter früheren Windows-Versionen nicht.

Allerdings bieten von Microsoft unterstützte Drittanbieter freie Bibliotheken ab Windows XP an, die bei einer Anbindung an die dotNet-Welt helfen können. Somit können Bluetooth-Anwendungen der älteren Standards ebenfalls mit einer GUI, z.B. auch unter Verwendung der Windows Presentation Foundation (WPF), genutzt werden.

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

telos hat seine Kompetenz im Rahmen der Entwicklung von grafischen Benutzerschnittstellen auch 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
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