Bluetooth ist eine drahtlose Standardtechnologie, die UHF-Funkwellen verwendet, um Daten zwischen Geräten über kurze Distanzen auszutauschen. Es wurde in erfunden 1994 von Ericsson, obwohl der Bluetooth IEEE-Standard es später im folgenden Jahr standardisierte. Die Bluetooth SIG pflegt und überwacht die Entwicklung der Spezifikation, steuert das Qualifizierungsprogramm, und schützt die Marken.
Über 6 Milliarden Bluetooth-Einheiten wurden ausgeliefert 2019, Damit ist der Bluetooth-Standard die am häufigsten verwendete Technologie für die Nahbereichskommunikation. MOKOBlue ist eines der führenden Unternehmen, das die Entwicklung von Bluetooth-Standards unterstützt. Wir haben diese Technologie in die meisten unserer Geräte integriert.
Warum wird der Bluetooth-Standard in IoT und modernen Geräten verwendet??
Unter den Technikbegeisterten, Die Bluetooth-Technologie wird am meisten für die Entwicklung von Produkten bevorzugt, die eine einfache Kommunikation mit einem anderen Gerät benötigen. Dies liegt daran, dass Bluetooth einfach zu bedienen ist, implementieren, und ist weniger kostenintensiv. Außerdem, Bluetooth ist die perfekte Wahl für IoT-Projekte, die voraussichtlich mit geringem Stromverbrauch arbeiten, da es weniger Energie benötigt, um Daten von einem Gerät zum anderen zu übertragen.
Ebenfalls, Der Bluetooth-Standard ist der beste für Kurzstreckenkommunikation, da seine Übertragungsgeschwindigkeit leicht erreicht werden kann 2 Mbit / s. So, Bluetooth ermöglicht Streaming-Anwendungen wie hochauflösende drahtlose Anzeige von Videodateien oder das Streamen einer HQ-Audiodatei zu einem drahtlosen Headset.
Bluetooth-Netzwerke
Die Verbindung mehrerer Geräte über Bluetooth bildet zweigeteilte Netzwerke;
Piconet
Das Piconet-Netzwerk deckt einen kleinen Bereich ab und verbindet bis zu acht Geräte. In einem Piconet-Netzwerk, ein Gerät fungiert als Master, während die anderen verknüpften Geräte Slaves sind. Zum Beispiel, Die Verbindung zwischen einem Smartphone mit drahtlosem Kopfhörer und einer Smartwatch bildet ein Piconet-Netzwerk. In diesem Fall, der master ist das handy, während die Smartwatch und die Kopfhörer Sklaven sind.
Streunetz
Das Scatternet-Netzwerk hat zwei oder mehr miteinander verbundene Piconet-Netzwerke. Dieses Netzwerk wird eingerichtet, wenn ein Piconet-Netzwerk zum Master des Slaves anderer Piconet-Netzwerke wird. Aufgrund der großen Teilnehmerzahl, Scatternet deckt einen größeren Bereich ab als Pikonetze, obwohl die technischen Einschränkungen von Bluetooth seine Implementierungen spärlich machen.
Vergleich der verschiedenen Versionen von Bluetooth
Bluetooth v5.2
Bluetooth v5.2 ist die aktuellste Bluetooth-Version. Es wurde erstmals im Januar veröffentlicht 2020 auf der CES von der Bluetooth Special Interest Group. Bluetooth v5.2 macht es für IoT-Anwendungen benutzerfreundlich. Außerdem, es kommt mit den isochronen Kanälen (ISOC) Funktion, die die Grundlage für die Implementierung von Low Energy bildet (DAS) Audio in Bluetooth Low Energy (WURDE) Geräte, die Bluetooth unterstützen 5.2 oder später.
Das LE-Audio-Feature erleichtert auch die Verknüpfung zahlreicher drahtloser Kopfhörer mit einer einzigen Quelle. Außerdem, es verbindet drahtlose Kopfhörer mit verschiedenen Quellen. Außerdem, Die LE Audio-Funktion fügt Unterstützung für Hörgeräte hinzu.
Bluetooth Low Energy (WURDE)
Auch bekannt als Bluetooth-Smart, BLE wurde entwickelt, um deutlich weniger Leistung zu bieten und dennoch die gleiche Kommunikationsreichweite wie Bluetooth Classic beizubehalten. Erreicht wird dies durch Verzicht auf die Datenübertragungsrate. Es war als Feature in der Bluetooth-Version enthalten 4.0 damit die Öffentlichkeit leicht darauf zugreifen kann. Andere Geräte, die mit BLE-Geräten kommunizieren, sind Beacons und Motes.
Partikel
Motes sind drahtlose Transceiver mit einem System-on-Chip. Sie bilden einen Fernsensor, wenn sie mit dem gleichen Sensortyp kombiniert werden.
Leuchtfeuer
Sie sind Sender, die ihre Kennung an Geräte in der Nähe senden. Die Kennungen werden von einem Betriebssystem oder einer kompatiblen Anwendung aufgenommen. Dadurch können elektronische Geräte ihre Funktionen effektiv ausführen, wenn sie sich in der Nähe einer Bake befinden. BLE-Beacons unterscheiden sich von Motes dadurch, dass sie nur senden, wohingegen Knoten auch als Empfänger verwendet werden können.
Bluetooth-Protokollstapel
Wie OSI- und TCP/IP-Netzwerkmodelle, Auch der Bluetooth-Standard hat seinen eigenen Protokollstack. jedoch, Bluetooth-Geräte verwenden nicht alle Protokollstapelschichten wie das OSI-Modell. Das folgende Bild zeigt alle im Stack gefundenen Bluetooth-Kommunikationsprotokolle.
Basierend auf ihrer Funktion im Stack, Protokolle können gruppiert werden als;
Kernprotokolle
Dies sind Ad-hoc-Protokolle, die für die Ausführung der zahlreichen Funktionen von Bluetooth entscheidend sind. Sie beinhalten;
• Logical Link Control und Anpassungsprotokoll
• Bluetooth-Radio
• Diensterkennungsprotokoll
• Basisband
• Verbindungsverwaltungsprotokoll
Kabelersatzprotokoll
Es umfasst die Hochfrequenzkommunikation (RFKomm) Protokoll, das einen virtuellen seriellen Port für bestimmte Anwendungen bereitstellt. Das Protokoll macht Kabel überflüssig
Angenommene Protokolle
Übernommene Protokolle werden von anderen Modellen übernommen, wie die OSI- oder TCP/IP-Modelle. Sie beinhalten;
• Punkt-zu-Punkt-Protokoll (PPP)
• Drahtloses Anwendungsprotokoll (WAP)
• IP-Protokoll
• TCP/UDP Protokoll
AT-Befehle
AT-Befehle werden verwendet, um Befehle an ein Bluetooth-Modul zu übertragen. Sie ändern auch die Einstellungen des Geräts, wie Name und Baudrate. Die Informationen zum Konfigurieren von Einstellungen über AT-Befehle finden Sie auf dem Datenblatt eines Bluetooth-Geräts.
Vergleich von Bluetooth mit anderen drahtlosen Kommunikationsprotokollen
Vorteile des Bluetooth-Standards
• Der Bluetooth-Standard ist drahtlos und automatisch.
• Es ist kostengünstig, die Prozesse des Bluetooth-Standards zu implementieren.
• Bluetooth erfordert keine manuellen Verbindungen oder einen Druckknopf, um Verbindungen herzustellen, wenn es gekoppelt ist.
• Es kommt selten vor, dass andere drahtlose Geräte Bluetooth-Geräte stören.
• Die Bluetooth-Technologie ist energieeffizient, da sie Signale mit geringer Leistung verwendet.
• Der Bluetooth-Standard ermöglicht die gleichzeitige gemeinsame Nutzung von Daten und Sprache.
• Es ist einfach, Bluetooth-Standards auf neue Versionen zu aktualisieren.
Nachteile des Bluetooth-Standards
• Die Datenraten des Bluetooth-Standards sind bis zu geringer 2 Mbps im Vergleich zu anderen ähnlichen Technologien, die meistens Datenraten von ca 4 Mbit / s.
• Der Betriebsbereich liegt normalerweise innerhalb 10 Meter.
• Bluetooth implementiert elementare Sicherheit.
Sicherheitsprobleme von Bluetooth-Geräten
Da Bluetooth weniger Sicherheitsmaßnahmen hat, Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Sicherheit von Bluetooth zu durchdringen. Einige der wichtigsten Techniken zur Umgehung der Bluetooth-Sicherheit sind;
• Bluejacking – Dies ist eine harmlose Technik zur Übertragung unerwünschter Daten über eine Bluetooth-Verbindung zwischen zwei oder mehr Bluetooth-fähigen Geräten wie Mobiltelefonen.
• Bluesnarfing – Bluesnarfing ist schädlicher als Bluejacking, obwohl beide ähnlich sind. Bluesnarfing ist eine illegale Bluetooth-Verbindung, die einem Hacker den Zugriff ermöglicht, herunterladen, und Informationen vom drahtlosen Gerät eines Opfers anzeigen.
• Bluebugging – Bluebugging ermöglicht es einem Hacker, einfach auf alle Funktionen des Telefons des Opfers zuzugreifen und sie aus der Ferne auszuführen.
• Autoflüstern – Hacker verwenden diese Umgehungstechnik, um Audiodateien per Software zu und von einem mit Bluetooth aktivierten Autostereosystem zu senden und zu empfangen.
Verfahren zum Verbinden mehrerer Beacons über Bluetooth
Allgemein, Beacons senden ihre Pakete normalerweise von selbst an ein Bluetooth-Gerät in Reichweite, um diese Pakete zu erkennen. Es gibt zwei Prozesse, die beim Verbinden mehrerer Beacons über die Bluetooth-Technologie beteiligt sind.
Der erste Prozess ist durch Anzeigen, wobei ein Beacon Daten mit Werbepaketen sendet. Dadurch können die anderen Beacons die gesendeten Pakete empfangen, obwohl sie darauf nicht reagieren können. In diesem Fall, Die von mehreren Beacons gesendeten Datenpakete werden von einem zentralen Gerät erfasst.
Der andere Prozess erfolgt über eine Verbindung, wo mehrere Beacons die Bluetooth-Technologie verwenden, um einige Verbindungsdaten auszutauschen. Hier, Daten werden bei jeder Verbindung übertragen, Dadurch können die angeschlossenen Beacons problemlos senden. Dieses Verfahren funktioniert am besten und ist vor allem zuverlässig, wenn die Verbindung nur wenige Meter entfernt ist.
Genauigkeit der Bluetooth-Positionierung
Es gibt unterschiedliche Genauigkeitsstufen bei BLE-Innenortungs- und Echtzeit-Ortungssystemen. Die Genauigkeit hängt von der Architektur des Systems ab, die Dichte des eingesetzten Sensors oder Beacons, und Hardwareauswahl. BLE-Sensoren und Beacons können eine Indoor-Positionierungsgenauigkeit von weniger als bieten 5 Meter mit optimalem Einsatz und Bedingungen.
Wie Wi-Fi-Technologien, Bluetooth hängt auch von der Signalstärke ab (RSSI) um die Gerätestandorte anzunähern. Diese Technik der Bluetooth-Ortung ist viel ungenauer und bietet eine große Ortungsgenauigkeit bis auf den Meter-Level. Obwohl BLE weit verbreitet und sehr effektiv ist, zur Zeit, es ist nicht die präziseste HF-Technologie für die Indoor-Ortung. Da die meisten Indoor-Positionierungsanwendungen kein hohes Maß an Genauigkeit erfordern, BLE ist die am besten geeignete Alternative, die viele außergewöhnliche Vorteile bietet.
Die neue Funktion der Richtungsfindung ermöglicht es BLE, den Standort auf Submeterebene genau zu bestimmen. Dies liegt am Ankunftswinkel (AoA), die schnell die Richtung eines Bluetooth-Signals berechnet. Außerdem, AoA kann zusammen mit der Signalstärke verwendet werden (RSSI) bei der Standort- und Asset-Verfolgung zur Verbesserung der Präzision.
Ein tragbares Objekt wie ein Beacon oder ein Tag mit einer Antenne sendet an einen festen BLE-Sensor mit mehreren Antennenarrays, um die Richtung zu finden. Der Annäherungswinkel des tragbaren Rundfunkgeräts wird durch Messen der Phasenverschiebung mehrerer Antennen bestimmt, folglich Empfangen des Signals. In Kombination mit RSSI, AoA kann die Koordinaten eines Geräts auf den Zentimeter genau generieren.
Geschichte der Bluetooth-Technologie
Bluetooth nahm seinen Betrieb in auf 1998. Es ist ein gemeinnütziger Handelsverband, der von fünf Unternehmen gegründet wurde; Nokia, Ericsson, Intel, und Toshiba. Das erste kommerzielle Produkt wurde von der Bluetooth Special Interest Group in den Markt eingeführt 1999. Die Popularität von Bluetooth hat schnell zugenommen und ist fast weltweit in allen Verbraucherprodukten wie Laptops und Mobiltelefonen verfügbar. Dennoch, Bluetooth ist auch eine Standardfunktion in fast jedem neuen Auto, das dem Fahrer Freihandtelefonieren ermöglicht und fahrzeuginterne Infotainmentsysteme unterstützt.
SIG ist zu Ende gewachsen 35,000 Mitgliedsunternehmen weltweit von den ursprünglichen fünf Mitgliedern, alle von verschiedenen Telekommunikation, Unterhaltungselektronik, rechnen, und vernetzte Industrien. Der Verein hat seinen Sitz in Kirkland, Washington.
Bluetooth-Technologie heute
Nachdem es auf den Verbrauchermärkten populär geworden war, Die neuen Bluetooth-Protokolle haben es der Technologie ermöglicht, eine wesentliche Funktion im IoT zu übernehmen. MOKOBlue unterstützt die Entwicklung von Bluetooth und stellt sicher, dass Entwickler diese Technologie problemlos in ihre bevorzugten Designs integrieren können.
Zur Zeit, Bluetooth existiert in drei verschiedenen Protokollen:
• Bluetooth Low Energy (WURDE)
• Bluetooth-Klassiker
• Bluetooth-Mesh.
Jedes Protokoll ist in bestimmten Anwendungen hilfreich. Da die Bluetooth-Technologie ursprünglich für Kurzstrecken-Anwendungsfälle entwickelt wurde, Die neuesten Versionen können Signale bis zu einer Meile übertragen.
Beispiele für Bluetooth-Anwendungen und Anwendungsfälle
Bluetooth Classic
Das Protokoll von Bluetooth Classic wurde für Geräte entwickelt, die täglich oder wöchentlich wiederaufladbar sind. Damit eignet sich Bluetooth Classic am besten für den Einsatz in größenmäßig begrenzten Netzwerken. Es ist darauf eingestellt, Daten mit hohem Durchsatz von über zu streamen 2.1 Mbit/s über kurze Distanzen. Bluetooth Classic wurde in erster Linie entwickelt, um Peripheriekabel über kurze Distanzen zu ersetzen. Es ist normalerweise nicht für IoT-Anwendungsfälle wie Sensornetzwerke mit mehreren Geräten skalierbar.
Bluetooth Low Energy (WURDE)
Dieses Bluetooth-Protokoll eignet sich für Geräte, die kleine Datenmengen senden. Außerdem, BLE eignet sich für alle Geräte, die längere Zeit unbeaufsichtigt betrieben werden müssen. Diese Funktion unterstützt eine Reihe von medizinischen Geräten, tragbar und implantierbar, wie Defibrillatoren und Hörgeräte.
Außerdem, BLE eignet sich auch für Anwendungsfälle wie Temperaturüberwachung, Standortbeacons, Lichtsteuerungen, digitale Waage, und andere Anwendungen mit geringer Bandbreite, die mit einer Batterie betrieben werden. BLE eignet sich auch für Verbraucherprodukte wie Fitnessmonitore, Haushaltsgeräte, smarte Uhren, und Fernbedienungen für TV-Set-Top-Boxen.
Bluetooth-Netz
Dieses Netzwerk überwacht, steuert, und automatisiert zahlreiche verbundene Geräte für die Verwaltung intelligenter Gebäude und anderer industrieller IoT (IIoT) Anwendungsfälle. Anfänglich, Bluetooth Mesh wurde für den Beleuchtungsmarkt entwickelt. Da die Router-Knoten ständig mit Strom versorgt werden müssen, Die Beleuchtung ist ein großartiger Anwendungsfall, da die meisten Leuchten Zugang zu ständiger Stromversorgung haben. Bluetooth Mesh kann auch Sensornetzwerke unterstützen, obwohl die Sensoren in Gebieten mit ständiger Stromversorgung implementiert werden müssen.
Bluetooth-Standard für IoT-Anwendungen
Bluetooth ist derzeit in verschiedenen verschiedenen Arten von IoT-Anwendungen anwendbar. Einige IoT-Anwendungen für Bluetooth sind;
ein) Ortungsdienste und Asset-Tracking – Lösungen für Echtzeit-Ortungsdienste (RTLS) s werden zum Identifizieren von Standorten und zum Verfolgen von Assets verwendet.
b) Gebäudeautomation – Die Konnektivität drahtloser Bluetooth-Standards in der zentralisierten Automatisierung wichtiger Gebäudesysteme hilft beim Energiesparen, senkt die Betriebskosten, und verlängert die Lebensdauer der Kernsysteme eines Gebäudes.
c) Zustandsüberwachung – Der großflächige Einsatz von Sensornetzwerken auf dem gesamten Boden einer Industrieeinheit ermöglicht eine Echtzeitüberwachung der Systemleistung. So, es minimiert die Wartungskosten, erhöht die Gesamtbetriebseffizienz, und verbessert die Aktualisierung von Anwendungen.
d) Tanküberwachung – Der Bluetooth-Standard ermöglicht Technikern und Installateuren vor Ort, Tanks aus der Ferne zu überwachen, bietet sofortige Rückmeldung der Sensorwerte.
e) Medizinische Anwendungen – Der Bluetooth-Standard wird in medizinischen Anwendungsfällen wie tragbaren Geräten verwendet, um bei der Diagnose bestimmter Erkrankungen zu helfen, Patientendaten übermitteln, und Medikamente verabreichen.
f) Kontaktverfolgung – Bluetooth ist die richtige Wahl für das Tracking, Aufzeichnung, und Übertragung von Echtzeitdaten für schnelle Antworten.
G) Solar- und Windparks – Da auf den meisten Solar- und Windparkanlagen Funkmodule befestigt sind, Techniker können Bluetooth-Standards verwenden, um ihre aktuellen Werte und Produktivitätswerte zu erfassen.
h) Ticket-Validierungssysteme – Bluetooth-fähige Lesegeräte können bei Veranstaltungen mit großen Menschenmengen wie Konzerten und Sportveranstaltungen verwendet werden, um Tickets mit QR-Codes oder Barcodes zu authentifizieren.
ich) Wegfindung – Der Bluetooth-Standard wird in Indoor-Ortungssystemen verwendet, um Gästen zu helfen, sich leicht in großen öffentlichen Räumen zurechtzufinden, wie Museen, Bahnhöfe, Flughäfen, und Sportstadien.
Wachstum des Bluetooth-Standards und zukünftige Chancen
Gemäß der Bluetooth-SIG 2021 Marktaktualisierungsbericht, Die Bluetooth-Technologie wird voraussichtlich ausgeliefert 6 Milliarden Geräte von 2025 jährlich. Der Bericht stellt fest, dass die wesentlichen Anforderungen des Bluetooth-Marktes und die hauptsächlich verwendeten Anwendungen Ortungsdienste sind, Datenübertragung, Audio-Streaming, und Gerätenetzwerke. Außerdem, Bluetooth SIG erwartet das:
• Zwischen 2021 und 2025, es wird eine geben 10% CAGR
• Durch 2025, über 70% aller mit Bluetooth aktivierten Geräte sind Peripheriegeräte
• Von 2021 zu 25, Die Lieferungen von Singlemode-BLE-Geräten werden jährlich um das Dreifache zunehmen
Es ist für alle Organisationen, die sich entwickeln, unerlässlich, montieren, oder profitieren Sie von der drahtlosen IoT-Konnektivität, um die Bluetooth-Technologie in ihre kurz- und langfristige Planung einzubeziehen. Denn Bluetooth ist derzeit die beste Funktechnologie auf dem Markt, Die meisten Branchen nutzen seine Potenzen wie Sicherheit, Kosteneffektivität, und Benutzerfreundlichkeit. So, Alle Organisationen müssen die Anwendungen für die Bluetooth-Integration bewerten, um neue Funktionalitäten und ROI voranzutreiben.
GPS vs. Bluetooth-Technologie zur Kontaktverfolgung
Ist es am besten, den Standortverlauf oder Bluetooth zu verwenden, um die Nähe aktiv zu erkennen, wenn sich zwei Personen in der Nähe befinden?? Die folgende Tabelle veranschaulicht die Unterschiede zwischen GPS- und Bluetooth-Technologie.
GPS-Genauigkeit und Negative
Die Genauigkeit eines GPS-Geräts in U-Bahnen sinkt deutlich bis unpraktikabel. Außerdem, Die meisten GPS-Geräte können unterirdische und Indoor-Einstellungen nicht überwiegend gut verarbeiten.
GPS sammelt genaue Standortdaten und verwendet sie bei der Kontaktverfolgung, obwohl seine Standortdaten kompliziert zu sichern und hochsensibel sind. Zum Beispiel, Fitness-Apps, die GPS-Standortdaten verwenden, haben das genaue Layout von US-Stützpunkten enthüllt. Es verfügt über einzigartige Standortdaten, die seine Anonymisierung effektiv unpraktisch machen. So, Der Einsatz von standortbasierter Kontaktverfolgung in großem Maßstab birgt Datenschutz- und Sicherheitsrisiken, wenn sie unvollständig gesichert ist.
Bluetooth-Genauigkeit und Negative
RSSI-Werte werden in der Bluetooth-basierten Näherungserkennung verwendet, um die Stärke von Signalen zwischen Telefonen zu bewerten. Standardisierte RSSI-Werte werden in einer Begegnung verwendet, um die geschätzte Entfernung zwischen Benutzern anzunähern. Die Genauigkeit der Bluetooth-Standortverfolgung hat eine Reichweite von bis zu 10 Meter.
Wenn Apps im Hintergrund ausgeführt werden, Bluetooth-Scannen kann von iOS beendet werden. Es ist notwendig, die Bluetooth-App-Berechtigung während des gesamten Zeitrahmens zu aktivieren und nicht Bluetooth selbst, damit es funktioniert.
Vom BLE-Bluetooth-Standard von MOKOBlue unterstützte Geräte
BLE-unterstützte Produkte von MOKOBlue sind:
BLE-Beacons
Sie sind drahtlose Geräte, die sporadisch ein BLE-Werbepaket senden, das von einem anderen Bluetooth-Gerät empfangen wird. Manche der BLE-Leuchtfeuer erhältlich bei MOKOBlue enthalten; H6-Sensor-Beacons, W6-Armband-Beacons, M2-Asset-Beacons, H2-Navigationsbaken, H4-Sensor-Beacons, und viele mehr.
BLE-zu-WLAN-Gateway
Ein Gateway bietet Speicherlösungen für die lokale Verarbeitung, indem es das Feld und die Cloud methodisch verbindet. Einige der bei MOKOBlue verfügbaren BLE-zu-Wi-Fi-Gateways umfassen; MKGW1 BLE-WLAN-Gateways, MKGW-Mini-BLE-to-WIFI-Gateways, und die MK103 ESP32 BLE-Gateways.
BLE-Module
Einige der bei MOKOBlue erhältlichen BLE-Modulgeräte umfassen; MK01A, MK02A, MK02D, MK02E, MK05A, MK05B, MK06A, MK06B, und viele andere.
MOKOBlue verfügt über umfangreiches Fachwissen von über 16 Jahre in der Bluetooth-Technologie. Sie können darauf vertrauen, dass wir Ihr Bluetooth/BLE-Partner für all Ihre Bluetooth-Lösungen sind. Wir unterstützen unsere Kunden bei der Entwicklung ihrer Bluetooth-IoT-Projekte, Dadurch sparen sie Zeit auf dem Markt. Haben Sie also jetzt oder in Kürze ein Bluetooth-Projekt?? Fühlen Sie sich frei uns zu kontaktieren; Wir haben Ihren Rücken, Wir sind immer für Sie da.
