Haben Sie sich jemals gefragt, wie intelligente Geräte einander entdecken, Dienste abfragen und Informationen austauschen? Ja, es ist cool und genauso hilfreich, dass Ihr Fitness-Tracker Informationen darüber austauschen kann, wie Sie morgens erfolgreich mit Ihrem Smartphone gelaufen sind. Also, wir fragen, was ist die zugrunde liegende Technologie, die all dies möglich macht? Bluetooth Low Energy übernimmt die Stelle.
Was ist Bluetooth Low Energy?
BLE (auch bekannt als Bluetooth Smart) ist ein drahtloses Mittel zur Datenübertragung, das speziell für kostengünstige Anwendungen / Geräte mit geringer Bandbreite und geringem Stromverbrauch entwickelt wurde. Das Schlüsselwort ist niedrig. Es ist eine Variante des Bluetooth-Kommunikationsprotokolls, das im Juni 2010 in der Bluetooth 4.0-Kernspezifikation von der Bluetooth SIG (Special Interest Group) eingeführt wurde. Dieser Standard ist optimiert, um im Vergleich zu anderen drahtlosen Kommunikationstechnologien den niedrigsten Stromverbrauch zu bieten. Somit hat es Produktdesignern mit einem niedrigen Budget und einem knappen Energiebudget viele Möglichkeiten eröffnet, bei denen die Batterielebensdauer eine höhere Priorität hat als hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten.
Man kann mit Sicherheit sagen, dass fast alle Smartphones heute BLE-fähig sind. Die Seiten der Geschichte schreiben das iPhone 4s von Apple als erstes BLE-fähiges Smartphone. Unmittelbar nachdem Bluetooth LE den Apple-Stempel erhalten hatte, schlossen sich andere Smartphone-Anbieter an. Dies bot Peripherieanbietern eine einzigartige Gelegenheit, innovative Geräte zu entwickeln, die über BLE mit Mobiltelefonen sprechen können. Heute haben wir drahtlose Kopfhörer, Smartwatches, Fitness-Tracker und Beacons, die Informationen mit Smartphones austauschen oder vorzugsweise mit den mobilen Apps am Telefon gesteuert werden können.
Eine weitere Anwendbarkeit von Bluetooth LE ist in der IoT-Community. Für einen Anfänger geht es beim Internet der Dinge nur darum, Geräte über das Internet zu verknüpfen, damit jeder überall interagieren und sie steuern kann. Es ist eine Community / ein Internetwork heterogener physischer Geräte, die Daten erkennen, sammeln, verarbeiten und austauschen. BLE macht den Austausch von Daten zwischen IoT-Geräten nicht zu einer Belastung für ihre Energietanks; Andernfalls würde kein Gerät am IoT-Netzwerk teilnehmen wollen. Wenn die gemeinsame Nutzung von Daten sie also viel Energie kostet, werden sie dies nicht tun, weil es „zu teuer“ wäre.“ Dank BLE ist der Datenaustausch erschwinglich; IoT-Geräte, die mit Knopfzellenbatterien betrieben werden, können Monate oder sogar Jahre lang betrieben werden, ohne dass ihre Batterien leer werden.
Arten der BLE-Kommunikation: Verbindungsorientiertes und Broadcasting
Ein BLE-Gerät kann entweder als zentrales (Client-)Gerät oder als peripheres (Server-)Gerät in einer verbindungsorientierten Kommunikationsform fungieren. Ein zentrales Gerät ist dafür verantwortlich, nach verbindbaren Geräten zu suchen und Anforderungen für die Verbindung und den Datenaustausch zu initiieren. Andererseits kann ein Peripheriegerät Befehle und Anforderungen von dem zentralen Gerät empfangen. Die Kommunikation zwischen den beiden erfolgt in 4 Schritten: werben, initiieren, Verbinden und austauschen.
Werben, Initiieren, Verbinden, Austauschen
Ein Peripheriegerät, das kommunizieren möchte, sendet Werbepakete in einer Reihe von Intervallen, damit zentrale Geräte sie finden können. Währenddessen hört / scannt das zentrale Gerät wiederholt nach verbindbaren Werbepaketen, und wenn es eines entdeckt, sendet es eine Anfrage an das Peripheriegerät, um eine Verbindung herzustellen. Nach dem Herstellen einer Verbindung können die beiden Geräte Informationen in beide Richtungen austauschen.
Bluetooth Low Energy nutzt wie klassisches Bluetooth das 2,4 GHz ISM-Spektrum (Industrial, Service, Medical) für den Betrieb. Das Spektrum reicht von 2402 MHz bis 2480 MHz. BLE teilt es in 40 1 MHz kanäle getrennt durch 2 MHz. Die Kanäle sind von 0 bis 39 nummeriert, und die Kanäle 37, 38 und 39 werden ausschließlich zum Senden von Werbepaketen verwendet. Die übrigen Kanäle werden nach dem Verbindungsaufbau zur Datenübertragung genutzt. Obwohl 37, 38 und 39 aufeinanderfolgend auf dem Zahlensystem folgen, sind sie auf dem BLE-Spektrum verteilt und durch ein paar Kanäle getrennt. Dies ist ein Akt der Vorsicht, so dass, wenn einer der Werbekanäle blockiert ist oder vor einer Unterbrechung, die anderen werden wahrscheinlich nicht betroffen sein.
Die zweite Art der BLE-Kommunikation wird als Broadcasting oder Bluecasting bezeichnet. Es ist verbindungslos und unidirektional. Hier sendet ein BLE-Gerät Daten in eine Richtung an irgendjemanden oder irgendetwas, das die gesendeten Daten beobachtet und empfangen kann. Es bietet keine Sicherheit für die übertragenen Daten und eignet sich daher nicht zum Teilen sensibler Informationen. Es kann jedoch in Anwendungen wie der Dateifreigabe öffentlicher Datendateien im Büro verwendet werden.
Einschränkungen von BLE
BLE ist eine großartige Technologie, aber keine Einheitsgröße. Es gibt andere Anwendungen, bei denen Wi-Fi und andere Technologien besser geeignet sind. Einschränkungen von BLE umfassen:
- Betriebsbereich- BLE wird für die Kurzstreckenkommunikation verwendet, typischerweise zwischen 2 und 5 Metern.
- Interferenz- Es funktioniert auf der gleichen Bandbreite von 2.4 GHz als Wi-Fi und Klassische Bluetooth zu erfahrung RF störungen von klassische Bluetooth und Wi-Fi signale.
- Niedrige Datenraten / Durchsatz – Bluetooth LE bietet einen niedrigen Stromverbrauch auf Kosten hoher Datenraten. Wie jede andere HF-Technologie verfügen BLE-Geräte über einen Funksender, um Daten zur Übertragung in HF-Wellen umzuwandeln. Wenn das Radio eingeschaltet ist, wird Energie verbraucht, und wenn es ausgeschaltet ist, wird der Strom gespart. BLE ist dann entwickelt, um auf die RF radio als paar mal wie möglich. Dies geschieht, indem eine Verbindung in beabstandete Intervalle unterteilt und das Funkgerät nur während des Verbindungsintervalls eingeschaltet wird, um geringe Datenmengen in Form von kurzen Bursts zu übertragen. Am Ende des Verbindungsintervalls wird das Radio ausgeschaltet und zu Beginn des folgenden Intervalls eingeschaltet. Es gibt keine kontinuierliche Datenübertragung, daher leiden die Datenraten.
Zusammenfassung
Dieser Abschnitt gibt einen Überblick über die Bluetooth Low Energy Technologie. BLE ist eine Version von Bluetooth, die Daten mit der geringsten Energiemenge überträgt. Es ist nicht besser als die vorherige Version von Bluetooth- Classic Bluetooth. Die beiden unterscheiden sich in den Designzielen, daher ist es unfair, zwei Player zu vergleichen, die nicht unbedingt für dieselbe Anwendung optimiert sind. BLE ist für IoT optimiert. Es ist mehr als offensichtlich, dass das schnelle Wachstum des IoT viele Branchen dazu veranlasste, sich daran anzupassen. Bluetooth SIG hat BLE in ihre Bluetooth-Version 4.0 aufgenommen, um für IoT relevant zu sein – den Game-Changer.