Da Gebäudeautomation und Telemedizin zunehmend vernetzt werden, benötigen viele Anwendungen eine Funktechnik für Steuerdaten, Schaltbefehle, Sensorwerte und Zählerstände. Neben Konnex-Bus, Meter-Bus und ZigBee gehört Bluetooth zu den etablierten Technologien für solche Verbindungen.
Die Bluetooth Special Interest Group standardisierte dafür Bluetooth Low Energy, kurz BLE. Das Konzept ist auf kurze Datenübertragungen mit niedrigem Energieverbrauch ausgelegt. Es eignet sich beispielsweise für Sensoren, Wearables, Produktionsanlagen und Geräte zur medizinischen Überwachung.
Technische Grundlagen
BLE ist Bestandteil der Bluetooth-4.0-Spezifikation und nutzt das 2,4-GHz-Band. Die Funktechnik arbeitet mit 40 Kanälen zwischen 2,402 und 2,483 GHz. Drei Kanäle dienen der Signalisierung; die Kanalbreite beträgt 1 MHz.
Als Modulationsverfahren kommt Gaussian Frequency Shift Keying zum Einsatz. Zusätzlich verwendet BLE adaptives Frequenzspringen, um die verfügbaren Frequenzkanäle situationsabhängig zu nutzen. Die Datenrate liegt bei bis zu 1 Mbit/s, die typische Reichweite wird häufig mit etwa 10 Metern angegeben und hängt von Umgebung, Antenne und Sendeleistung ab.
Energieverbrauch und Sicherheit
BLE verkürzt die aktiven Sendezeiten und wechselt zwischen Übertragung und Ruhezustand. Dadurch kann die mittlere Stromaufnahme im Mikroampere-Bereich liegen. Der konkrete Verbrauch hängt unter anderem von Sendeintervall, Datenmenge, Hardware und Reichweite ab.
Für den Schutz der Kommunikation sieht Bluetooth Low Energy Verschlüsselung nach dem Advanced Encryption Standard mit 128 Bit vor. Verfahren zur Schlüsselvereinbarung und Authentisierung ergänzen die Verschlüsselung. Die tatsächliche Sicherheit hängt von der verwendeten Bluetooth-Version, der Geräteimplementierung und der Konfiguration ab.
Typische Einsatzgebiete
BLE wird eingesetzt, wenn kleine Datenmengen energieeffizient übertragen werden sollen. Dazu zählen Smart Wearables, Zustands- und Umweltsensoren, Gebäudeautomation sowie industrielle Messaufgaben. Auch medizinische Sensoren können Messwerte an ein geeignetes Empfangsgerät übermitteln.
Für große Datenmengen oder dauerhaft hohe Übertragungsraten ist eine andere Funktechnik oft geeigneter. BLE spielt seine Stärken vor allem bei kurzen Nachrichten, langen Batterielaufzeiten und vielen kleinen, vernetzten Geräten aus.