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Bluetooth, BLE, Bluetooth Classic, Bluetooth Smart … was bedeutet das alles?! Bei der drahtlosen Technologie schwirren uns die Köpfe wie ein Beyblade. Vielleicht sollte Bluetooth BlueTeeth heißen, da es unseren Geräten hilft, miteinander zu kommunizieren. Kurz gesagt: Damals, als Bluetooth entstand, konnte sich niemand eine Zukunft vorstellen, in der wir kabellose Kopfhörer, Smart-Home-Geräte, Fitness-Tracker und mehr über Bluetooth verbinden können. Doch es ist passiert und hat sich mit verschiedenen Bluetooth-Versionen stark weiterentwickelt. In diesem Artikel erläutern wir die wichtigsten Unterschiede zwischen klassischem Bluetooth und Bluetooth Low Energy (BLE).
Ein Überblick über die Bluetooth-Technologie
Wenn es um die Definition der Bluetooth-Technologie geht, wissen Sie wahrscheinlich, dass es sich um einen drahtlosen Kommunikationsstandard für kurze Distanzen handelt. Sie werden jedoch möglicherweise verwirrt sein, da die Bluetooth SIG im Laufe der Jahre verschiedene Versionen der Bluetooth-Spezifikation veröffentlicht hat. Tatsächlich ist es ungefähr so unterhaltsam, die verschiedenen Bluetooth-Versionen auseinanderzuhalten, wie alte Kopfhörerkabel zu entwirren. Hier sind die Grundlagen zu Bluetooth und Bluetooth Low Energy:
Was ist klassisches Bluetooth?
Die ursprüngliche Version, heute als Classic Bluetooth bekannt, bildet die Grundlage unserer Vertrautheit mit drahtloser Konnektivität. Im Allgemeinen bezieht sich Bluetooth Classic auf die ursprünglichen Bluetooth-Technologien – Basic Rate (BR), Enhanced Data Rate (EDR) und Amplify (AMP) –, die vor Bluetooth 4.0 verfügbar waren. Es nutzt 79 Kanäle im 2.4-GHz-Frequenzband und ermöglicht Geräten wie Telefonen und Kopfhörern die Bildung von Personal Area Networks (PANs) zur Datenübertragung über kurze Distanzen.
Tatsächlich ist „Classic Bluetooth“ kein offizieller Begriff. Es ist eine praktische Referenz auf die ursprüngliche BR/EDR/AMP-Technologie, wie sie von der Bluetooth SIG definiert wurde, und verdeutlicht die dynamische Entwicklung dieser Technologie. Darüber hinaus dient Bluetooth Classic als Dreh- und Angelpunkt für die Kopplung von Audiogeräten mit Mobiltelefonen. Bluetooth Classic hat im Alltag an Bedeutung gewonnen, insbesondere da der Trend zu Smartphones ohne Kopfhöreranschluss anhält. Das Verbinden zweier Geräte über Classic Bluetooth ist mittlerweile selbstverständlich.
Was ist Bluetooth Low Energy?
Bluetooth Low Energy (BLE) ist Teil der Bluetooth 4.0-Kernspezifikation und stellt einen Quantensprung in der Energieeffizienz innerhalb des Bluetooth-Ökosystems dar. BLE, auch bekannt als Bluetooth Smart, wird von der Bluetooth SIG verwaltet und überwacht. Sein besonderes Merkmal sind der minimale Stromverbrauch und die energieeffizienten Ruhemodi. Dadurch können BLE-Geräte über längere Zeiträume mit kleinen Knopfzellen betrieben werden.
BLE arbeitet im gleichen 2.4-GHz-Frequenzbereich wie Standard-Bluetooth, nutzt jedoch ein spezielles Frequenzsprungverfahren (FHSS). Obwohl BLE dasselbe Funkspektrum wie sein Vorgänger nutzt, arbeitet es mit etwa der halben Datenrate und bietet so ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Energieeinsparung und effektiver Kommunikationsreichweite.
Im Wesentlichen ist Bluetooth Low Energy nicht nur eine vereinfachte Version von Bluetooth Classic, sondern vielmehr eine spezialisierte und effiziente Iteration, die ein Spektrum von Anwendungen abdeckt, die eine energieeffiziente drahtlose Konnektivität erfordern.
Klassisches Bluetooth vs. BLE: Vergleich der einzelnen Funktionen
Bluetooth-Versionen vor 4.0 werden im Allgemeinen als klassisches Bluetooth kategorisiert, während Versionen ab 4.0 unter Bluetooth Low Energy (BLE) fallen. Nachdem wir nun die Grundlagen von Bluetooth LE und Bluetooth behandelt haben, wollen wir einige wichtige technische Unterschiede zwischen klassischem Bluetooth und Bluetooth Low Energy direkt vergleichen:
Batterieverbrauch
Während klassisches Bluetooth im Vergleich zu anderen Funkstandards sehr energieeffizient ist, reduziert BLE den Stromverbrauch noch weiter. Während Bluetooth Classic einen deutlich höheren Strombedarf hat, kann Bluetooth Low Energy jahrelang mit einer einzigen Knopfzelle betrieben werden. Für IoT-Anwendungen, die konstant niedrigen Stromverbrauch erfordern, ist BLE der klare Gewinner.
Datenübertragungsraten
Bluetooth Classic bietet eine höhere maximale Datenrate von etwa 3 Mbit/s als Bluetooth Low Energy mit maximal etwa 1 Mbit/s. Die niedrigere Rate von BLE reicht jedoch für die regelmäßige Übertragung kleiner Datenmengen aus, was ein gängiger IoT-Anwendungsfall ist. Der höhere Durchsatz von Bluetooth Classic geht mit einem höheren Stromverbrauch einher.
Latency
Latenz bezeichnet die Zeitverzögerung bis zur erfolgreichen Übertragung eines Datenpakets. Bluetooth Low Energy erreicht hier tatsächlich geringere Latenzzeiten von etwa 6 ms im Vergleich zu 100 ms bei Bluetooth Classic. Dadurch ermöglicht BLE eine deutlich reaktionsschnellere Gerätekommunikation, was für Echtzeit-IoT-Anwendungen entscheidend ist.
Abdeckung
Bluetooth 5.0 Die maximale Bluetooth-Reichweite wurde deutlich auf rund 800 Meter erhöht. In der Praxis beträgt die typische zuverlässige Reichweite jedoch weiterhin etwa 240 m für Classic Bluetooth und 30 m für Bluetooth Low Energy. Im Freien mit Sichtverbindung beträgt die optimale BLE-Reichweite bis zu 50 m. Obwohl Bluetooth 150 Verbesserungen mit sich bringt, hängt die Reichweite eher vom Antennendesign und der Sendeleistung ab als von den Unterschieden zwischen den Kerntechnologien selbst.
Topologie
Die Topologie beschreibt, wie Geräte innerhalb eines Netzwerks verbunden sind und kommunizieren. Bluetooth Classic verwendet eine einfache Peer-to-Peer-Topologie, bei der zwei Geräte direkt kommunizieren. Bluetooth Low Energy unterstützt sowohl Peer-to-Peer- als auch Sterntopologie, bei der viele Geräte mit einem zentralen Master-Gerät kommunizieren. Darüber hinaus ermöglicht BLE auch die Übertragung von einem Gerät an mehrere Geräte sowie Bluetooth Mesh Networking. Die zusätzlichen Topologieoptionen von Bluetooth LE ermöglichen deutlich flexiblere und skalierbarere Netzwerkarchitekturen, die sich für IoT-Implementierungen eignen.
| Bluetooth-Klassiker | Bluetooth Low Energy | |
| Frequenzband | 2.4 GHz ISM-Band | 2.4 GHz ISM-Band |
| Anzahl der Kanäle | 79 Ein-MHz-Kanal | 40 Zwei-MHz-Kanal |
| Energieverbrauch | Niedrig | Weniger |
| Datenrate | 1-3 Mbit/s | 1 Mbps |
| Latency | Ca. 100 ms | Ca. 6 ms |
| Abdeckung | < 30 m | 50 m (150 m im freien Gelände) |
| Topologie | Peer-to-Peer (1:1) | Peer-to-Peer (1:1)
Stern (viele:1) Broadcast (1:viele) Mesh (viele:viele) |
| Gerätepaarung | Erforderlich | Nicht benötigt |
| Sprachfähig | Ja | Nein |
| Knoten/Aktive Slaves | 7 | Unlimited |
| Sicherheit | 64b/128 Bit, benutzerdefinierte Anwendungsschicht | 128 Bit AES, benutzerdefinierte Anwendungsschicht |
| Smartphone-Kompatibilität | 100 % auf Smartphones verfügbar | 100 % auf Smartphones verfügbar |
| Anwendungen | Streaming-Anwendungen wie Audio-Streaming, Dateiübertragung und Headsets | Location Beacons, Smart-Home-Anwendungen, medizinische Geräte, Industrieüberwachung, Fitness-Tracker |
Vor- und Nachteile von Klassisches Bluetooth und BLE
Da sich Bluetooth in verschiedene Standards für unterschiedliche Anforderungen diversifiziert hat, ist es wichtig, die jeweiligen Stärken und Schwächen zu verstehen. Fassen wir nun einige der wichtigsten Vorteile und Schwächen von Bluetooth LE gegenüber Bluetooth Classic zusammen:
Vorteile von Bluetooth Classic
- Höherer Durchsatz: Bluetooth Classic hat eine höhere Datenübertragungsrate von etwa 3 Mbit/s und ermöglicht eine schnelle Datenübertragung großer Dateien wie Audiostreams.
- Rückwärtskompatibilität: Bluetooth Classic ist abwärtskompatibel mit älteren Geräten und hält die Verbindung zu älterem Zubehör aufrecht.
- Reife Technologie: Als älterer Standard profitiert Bluetooth Classic von jahrzehntelanger Verfeinerung und umfassender Kompatibilität.
Einschränkungen von Bluetooth Classic
- Hohe Leistungsaufnahme: Aufgrund des hohen Strombedarfs während der Übertragung und Erkennung entlädt sich die Batterielebensdauer von Bluetooth-Geräten schnell.
- Langsame Verbindungen: Mit einer Latenz von etwa 100 ms hinkt Classic Bluetooth bei Anwendungen hinterher, die eine schnelle Hin- und Her-Kommunikation erfordern.
- Begrenzte Topologien und Verbindungen: Klassisches Bluetooth bietet nur eine einfache Peer-to-Peer-Topologie und begrenzt Slave-Verbindungen auf 7 Geräte.
Vorteile von Bluetooth Low Energy
- Niedriger Stromverbrauch: Kann mit einer winzigen Batterie Monate oder Jahre halten, ideal für IoT-Geräte.
- Optimierte Latenz: Eine Latenz von bis zu 6 ms ermöglicht reaktionsschnelle Steuerungsanwendungen.
- Kostengünstig: Die niedrigen Kosten für Chipsätze und Komponenten halten die Kosten für BLE-Geräte sehr niedrig.
Einschränkungen von Bluetooth Low Energy
- Senken die Datenerfassung Preise: Maximale Datenrate etwa 1–2 Mbit/s, ungeeignet für Kommunikation mit hoher Bandbreite und viel niedriger als bei WLAN/Mobilfunk.
- Begrenzte Auswahl: Typische Reichweite von unter 200 m, selbst bei Sichtverbindung.
- Auswirkungen auf die Umwelt: Die Leistung wird durch Hindernisse wie Wände oder Körper beeinträchtigt.
Bluetooth vs. Bluetooth Low Energy: unterschiedliche Anwendungsfälle
Bluetooth Classic und Bluetooth Low Energy eignen sich aufgrund ihrer Fähigkeiten für unterschiedliche Anwendungen. Wie bereits erwähnt, wird Bluetooth Classic am häufigsten in Audiogeräten wie kabellosen Kopfhörern und Lautsprechern sowie für die Dateiübertragung zwischen Geräten eingesetzt. Es ist für den direkten Gebrauch durch Durchschnittsverbraucher gedacht, die diese Bluetooth-Geräte problemlos kaufen und nutzen können.
Bluetooth LE hingegen ist aufgrund seiner Effizienz für die regelmäßige Datenerfassung mit geringem Stromverbrauch für kommerzielle IoT-Geräte optimiert. BLE wird zwar auch in persönlichen Geräten wie Fitness-Trackern zur Datenerfassung eingesetzt, findet aber auch im Gesundheitswesen häufig Anwendung für Monitore und in der Industrie für Ortungsdienste und Zustandsüberwachung. Sein geringer Stromverbrauch und seine hohe Effizienz machen BLE ideal für diese IoT-Anwendungsfälle mit häufigen kleinen Datenübertragungen. Eine der bekanntesten Anwendungen von BLE ist iBeacon für die Positionierung und Navigation in Innenräumen.
Unter Berücksichtigung des obigen Vergleichs sind hier die verschiedenen Anwendungsfälle für klassisches Bluetooth und Bluetooth Low Energy aufgeführt:
Gängige Anwendungsfälle für klassisches Bluetooth umfasst:
- Musikstreaming auf kabellose Kopfhörer und Lautsprecher
- Anschließen von drahtlosen Tastaturen, Mäusen und Druckern
- Freisprechen im Auto
- Übertragen von Dateien zwischen Geräten
- Bereitstellung einer Internetverbindung durch Tethering
- Bluetooth Low Energy ist für kompakte IoT-Geräte optimiert, die kleine Mengen Sensordaten erfassen.
Zu den gängigen BLE-Anwendungsfällen gehören:
- Anschluss tragbarer Fitness-Tracker, die Schritte, Herzfrequenz usw. überwachen.
- Smart-Home-Sensoren für Temperatur, Bewegung etc.
- Standort-Beacons zur Bereitstellung von standortbasierten Diensten
- Industrielle IoT-Sensornetzwerke zur Zustandsüberwachung
- Gesundheitsgeräte wie Blutzuckermessgeräte, die wenig Strom benötigen
- Apps für öffentliche Verkehrsmittel, die Busse/Züge in der Nähe erkennen
Was kommt als Nächstes für Bluetooth?
Das letzte große Bluetooth-Update war Bluetooth 5.0 aus dem Jahr 2016, das das Verhältnis von Geschwindigkeit und Reichweite für Bluetooth Low Energy-Geräte verbesserte. Im Jahr 2022 kündigte die Bluetooth SIG eine neue Bluetooth-Audioübertragungsfunktion namens Auracast an, die durch die Übertragung von Audio an eine unbegrenzte Anzahl von Bluetooth-Empfängern in der Nähe neue Audioanwendungen für mehrere Hörer ermöglicht.
Schneller Vorlauf bis September 2024 und die nächste große Iteration – Bluetooth 6.0 – ist offiziell erschienen, basierend auf den üblichen Release-Zyklen. Wie wir vermutet haben, wird die Version 6.0 voraussichtlich die Energieeffizienz, Reichweite und Geschwindigkeit weiter verbessern, um die Möglichkeiten für IoT- und Audioanwendungen zu erweitern. Sie verfügt über eine herausragende Präzisions-Tracking-Funktion namens Bluetooth Channel Sounding, die die Entfernung zwischen zwei Geräten mit einer Genauigkeit von bis zu 10 Zentimetern messen kann. Möglich wird dies durch phasenbasiertes Ranging, bei dem Funksignale mit unterschiedlichen Frequenzen zwischen Geräten gesendet werden.
Da sowohl das IoT als auch kabellose Ohrhörer rasant wachsen, steigt die Nachfrage nach stromsparender und robuster Funktechnologie weiter an. Die Bluetooth SIG will diesen Bedarf mit der nächsten Generation decken und gleichzeitig die Abwärtskompatibilität gewährleisten.
Insgesamt, wenn Sie mit Bluetooth Low Energy-Technologie arbeiten, MOKOSmart kann helfen, eine Reihe von BLE-Beacons und Sensoren für verschiedene Anwendungen, um das bestmögliche Benutzererlebnis zu schaffen.
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