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Bluetooth Smart Logo (Quelle Bluetooth SIG)
Bluetooth Smart Logo (Quelle Bluetooth SIG)

Bluetooth v4 und Bluetooth Low Energy (BLE) Übersicht

In diesem Beitrag wird im Kern Bluetooth Low Energy (BLE) vorgestellt. Bei Bluetooth Low Energy muss etwas weiter ausgeholt werden, um allein Klarheit bei den Begrifflichkeiten zu schaffen. Bluetooth Low Energy ist unter unterschiedlichen Namen bekannt. Unter den verbreitetsten zählen Bluetooth Low Energy, Bluetooth LE oder einfach nur die Abkürzung BLE sowie Bluetooth v4.0 und seit kurzem auch Bluetooth v4.1. Oft fallen in diesem Zusammenhang auch die Begriffe Bluetooth Classic, Bluetooth Smart sowie Bluetooth Smart Ready. Ein Begriffs-Zoo, der näher vorgestellt werden möchte.

Also der Reihe nach:

Bluetooth v4.0 und v4.1

Bluetooth Logo
Bluetooth Logo (freundlicherweise zur Verfügung gestellt durch Bluetooth SIG)

Bluetooth v4.0 ist ein offener Standard und einfach die aktuellste (eigentlich ist Bluetooth v4.1 die neueste Version, aber für die Betrachtung von BLE spielt das hier keine Rolle) vom Bluetooth SIG freigegebene Bluetooth Spezifikation mit der Versionsnummer 4, die eine Reihe an Neuerungen mit sich bringt. Vielen ist Bluetooth ja schon lange ein Begriff, spätestens mit der Verbreitung von Smartphones und den damit verbundenen Möglichkeiten wie das Teilen und Übertragen von Sprache, Daten, Musik, Fotos und Videos unter gekoppelten Geräten. Dies ging ja bereits mit den Vorversionen der Bluetooth-Spezifikationen.

Jede Bluetooth-Spezifikation hat neben vielen Erweiterungen und Änderungen ein oder mehrere herausragende Merkmale. Bei Bluetooth v3 war es z.B. eine starke Erhöhung der möglichen Übertragungsrate, um auch größere Datenmengen schnell übetragen zu können. Bei der Versionsnummer 4 ist nun Low Energy (LE) das herausragende Merkmal. LE ist gemäß der Spezifikation eine optionale Erweiterung. Ein Produkthersteller muss also bei der Implementierung von Bluetooth in seine Produkte nicht unbedingt auch LE als Bestandteil des Produktes integrieren.

Um diese optionalen Merkmale und Erweiterungen vom eigentlichen Standard – der Core-Spezifikation – zu unterscheiden, nennt man die Core-Spezifikation allgemein Bluetooth Classic. Bluetooth v4.0 fällt also auch allgemein unter dem Begriff Bluetooth Classic und ist komplett zu den älteren Bluetooth-Versionen (1.2, 2.0, 2.1, 3.0) abwärtskompatibel.

Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy (BLE) ist also lediglich Teil der Gesamtspezifikation Bluetooth v4.0. BLE erlaubt es Geräten durch verschiedene Optimierungen ihren Stromverbrauch enorm zu senken. Das geht so weit, dass die entsprechenden Geräte (in der Regel Bluetooth Smart-Geräte, siehe weiter unten) monate- bis jahrelang mit einer einzigen Knopfzellen-Batterie (z.B. CR2032) laufen. BLE verhilft dem Bluetooth-Standard aktuell sich auf immer mehr Gerätetypen durchzusetzen und sich immer weiter zu verbreiten.

Insbesondere ist hier der stetig größer werdende Markt an Fitness- und Activity-Tracker sowie Smartwatches zu nennen, die wegen ihrer Mobilität auf niedrigen Stromverbrauch angewiesen sind. Jeder Hersteller, der die energiesparenden Optionen von Bluetooth v4.0 implementieren möchte, muss gemäß Spezifikation auch automatisch die Bluetooth Core-Spezifikation v4.0 implementieren. Der Endnutzer kann sich also theoretisch sicher sein, dass ein mit BLE-beworbenes Gerät mindestens auch mit jedem mit Bluetooth v4.0 ausgestattetem Gerät kommunizieren kann.

Innerhalb der BLE-Erweiterung werden zwei Gerätetypen unterschieden, die zwei paar verschiedene Schuhe sind:

  • Geräte, die mit Bluetooth Smart Ready ausgestattet sind
    • auch als Dual-Mode-Geräte bezeichnet, da sie Bluetooth Classic als auch Bluetooth Smart unterstützen
  • Geräte, die mit Bluetooth Smart ausgestattet sind
    • auch als Single-Mode Geräte bezeichnet, da sie nur Bluetooth Smart unterstützen

Bluetooth Smart Ready

Bluetooth Smart Ready Logo (Quelle: Bluetooth SIG)
Bluetooth Smart Ready Logo (Quelle: Bluetooth SIG)

Geräte mit der Eigenschaft oder dem Logo Bluetooth Smart Ready zeichnen sich dadurch aus, dass sie zwei Funkeinheiten haben, eine für die Kopplung mit Bluetooth Classic und eine für Bluetooth Smart Geräte. Daher kommt auch die Angabe „Dual-Mode“ oder „Dual-Radio“. Sie sind also voll abwärtskompatibel zu älteren Bluetooth-Versionen, unterstützen aber auch die Kopplung von energiesparenden Bluetooth Smart-Geräten wie Fitness- und Activity-Tracker. Beispiele für Geräte mit Bluetooth Smart Ready sind PCs, Fernseher aber insbesondere hier wichtig Smartphones und Tablets.

Ein Gerät mit Bluetooth Smart Ready ist also in der Regel der Empfänger von Informationen und ist in der Lage die empfangenen Daten in die relevanten (Fitness-) Apps zu schleusen. Die Apps wiederum sind dann für die Aufbereitung und Darstellung der Daten für den Endnutzer zuständig.

Damit ein Hersteller Bluetooth Smart Ready anbieten kann, muss er zwei Dinge umsetzen: die entsprechende Hardware mit mindestens Bluetooth v4.0 einbauen, aber auch seine Software, sprich das Betriebssystem und seine Schnittstellen, entsprechend erweitern. Apple Smartphones integrieren seit dem iPhone 4S Bluetooth Smart Ready und lassen sich prinzipiell mit Geräten mit Bluetooth Smart koppeln. In den Datenblättern gibt Apple dies „Bluetooth 4.0 wireless technology“ an. Bei Android ist da wegen der schleppenden Updatepolitik seitens der Hersteller mehr Vorsicht geboten. Ein Android-Smartphone muss mindestens Android 4.3 installiert und die entsprechende Hardware mit Bluetooth v4.0 und Bluetooth Smart Ready an Bord haben. Ist eine dieser Bedingungen nicht gegeben, wird ein Koppeln an einen Fitness-Tracker oder einer Smartwatch nicht ohne Weiteres möglich sein.

Bluetooth Smart

Bluetooth Smart Logo (Quelle: Bluetooth SIG)
Bluetooth Smart Logo (Quelle: Bluetooth SIG)

Geräte mit Bluetooth Smart sind die Spezialisten unter der ganzen Vielfalt an Bluetooth-fähigen Geräten. Sie sind die Datensammler und übernehmen eine ganz spezielle Aufgabe und können die erfassten Daten an ein Gerät mit Bluetooth Smart Ready senden, wie z.B.  ein Smartphone oder Tablet. Da diese Geräteart lediglich eine energiesparende Funkeinheit besitzt, haben sie auch den Beinamen „Single-Mode“ oder „Single-Radio“. Beispiele für Gerätearten mit Bluetooth Smart  sind z.B. Fitness- und Activity-Tracker (z.B. „The Dash“ von Bragi, die Smartwatch Polar V800, LGs Lifeband Touch oder der Fitness-Tracker für Kraft und Bewegungen Gymwatch), Herzfrequenzsensoren, Smartwatches, Wearables und vieles mehr.

Es reicht aber nicht, dass ein gekoppeltes Bluetooth-Gerät die Version 4.0 unterstützt, um mit einem Gerät mit Bluetooth Smart zu kommunizieren. Das gekoppelte Gerät muss Bluetooth Smart-fähig sein. In der Praxis ist es aber so, dass alle Hersteller, die Bluetooth v4.0 einbauen gleichzeitig auch Bluetooth Smart Ready mitintegrieren.

Wichtig an dieser Stelle ist, dass Bluetooth Smart nicht zu Bluetoothversionen kleiner Version 4.0 abwärtskompatibel ist. Ein Fitness-Tracker zum Beispiel, der mit Bluetooth Low Energy wirbt kann in der Regel keine Daten mit Geräten austauschen, deren Bluetooth-Version kleiner v4.0 ist. Ebenso kann er nicht mit Geräte kommunizieren, die lediglich die Bluetooth v4.0-Core Spezifikation unterstützen. Geräte mit Bluetooth Smart können ausschließlich mit Geräten mit Bluetooth v4.0  kommunizieren, die auch gleichzeitig Bluetooth Smart Ready anbieten. Der Endnutzer sollte also darauf achten, dass sein Smartphone oder Tablet Bluetooth Smart Ready ist, wenn er dieses für das weitere Auswerten seiner vom Tracker gesammelten Daten einsetzen möchte. Die hier gezeigten Logos sind in der Regel prominent auf den Verpackungen der Geräte platziert, so dass man schnell erkennt, ob ein Gerät geeignet ist.

Bluetooth v4.0, Bluetooth Low Energy Kompatibilität

Um sich mal ein Gesamtbild der obigen Abschnitte zu machen, nachfolgend eine Übersichtszeichnung, die zeigt, wie die einzelnen Bluetooth-Komponenten kompatibel zueinander sind:

Bluetooth Low Energy Überblick
Bluetooth Low Energy Überblick (Bluetooth Logos freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Bluetooth SIG)

Es bleibt abzuwarten, ob die Kompatibilität der verschiedenen Bluetooth Erweiterungen auch in der Praxis gegeben ist. Vieles hängt von den eigentlichen Implementierern (den Geräte-Herstellern und App-Entwicklern) ab, die sicherstellen müssen, dass sie die Spezifikation wie vorgegeben abbilden.

Hat Bluetooth Low Energy eine Zukunft?

Gerade Geräte mit lediglich Bluetooth Smart (Single-Mode) an Bord sind leicht zu implementieren und integrieren. Oft hat aufgrund der geringen Spezifikations-Anforderungen die Größe der gesamten Platine auf der die BLE-Einzelteile gelötet sind gerade mal die Flächengröße einer CR2032 Knopfzelle. Ebenso winzig ist in der Regel die auf der Platine aufgedruckte Funkeinheit.

Diese Eigenschaften sowie die Art und Weise wie BLE die Daten überträgt führen dazu, dass BLE im Vergleich zu seinen Konkurrenten sehr energiesparend arbeitet und somit Geräte umsetzbar sind, die lange Zeit ohne Batteriewechsel auskommen. Außerdem verbringt ein Gerät mit BLE ein Großteil der Zeit im energiesparenden Schlafmodus.

Mit BLE sind Daten über große Distanzen übertragbar. Bei den erreichbaren Reichweiten spielen viele Parameter (Sendeleistung des Geräts, Empfindlichkeit eines Empfängers, Eigenschaften der Umgebung, usw.) eine Rolle, aber Distanzen von ca. 50m in geschlossenen Räumen und ca. 100m im Freien sollten für BLE kein Problem sein.

BLE funkt im 2,4-GHz-Bereich, so dass es viele potentielle Störer geben kann. Dazu gehören z.B. WLANs, Schnurlostelefone und Mikrowellenherde, die im gleichen Frequenzband arbeiten. BLE minimiert Störungen mit anderen Geräten dadurch, dass das Frequenzsprungverfahren Adaptive Frequency-Hopping (AFH) eingesetzt wird. Dieses erlaubt eine zuverlässige Datenübertragung, wodurch auch wieder Energie eingespart wird, da Fehlübertragung minimiert werden und somit weniger Fehlübertragungen stattfinden. Die Idee hinter AFH ist, dass ein Gerät sich Frequenzkanäle merkt, in denen Fehler auftreten (z.B. Daten-Kollisionen, wenn auch das WLAN die selbe Frequenz nutzt) und diese für zukünftige Datenübertragungen meidet.

Erwähnt werden sollte bei BLE auch die sehr gute Latenz. Auch wenn ein Gerät mit BLE größtenteils im Schlafmodus verbringt, erfolgt die Datenübertragung ohne spürbare Zeitverzögerung, da sich neue Verbindungen in lediglich 3 ms aufbauen lassen. Auch diese Eigenschaft führt zu einer besseren Energiesparsamkeit.

Um es kurz zu halten: BLE hat im Fitness-Umfeld großes Potenzial. Wenn die Herstellern und Entwickler konsequent die Spezifikation implementieren, so gehört BLE sicher die Zukunft. Aktuell sind nur gerade im Android-Bereich leider nicht viele Geräte voll kompatibel mit BLE, da die Android-Version oft kleiner 4.3 ist. Der Endnutzer sollte sich dessen bewusst sein und genau auf Hardware- und Software-Angaben achten. Sobald aber die Smartphone- und Tablethersteller nachgerüstet haben, sind für Fitness- und Activitytracker sowie Smartwatches kaum Grenzen gesetzt.

Geräte mit Bluetooth Smart Ready und Bluetooth Smart Unterstützung

Die nachfolgenden Tabellen zeigen, dass Bluetooth v4 bereits heute quer über viele Bereiche aus Technik, Sport und Gesundheit eine weite Verbreitung findet.

Bluetooth Smart Ready Logo
Bluetooth Smart Ready Logo (Quelle Bluetooth SIG)

Beispiele für Geräte mit Bluetooth Smart Ready (Stand: Mai 2014)

Beispiele für Geräte mit Bluetooth Smart Ready (Stand: Mai 2014)

HerstellerProduktnameProduktart
AppleiPad (Air, Mini, 3rd & 4th gen)Tablet
AppleiPhone (5s, 5c, 5 & 4s)Phone
AppleiPod touchPortable Media Player
AppleMacBook AirLaptop
AppleMacBook ProLaptop
AppleMac miniComputer
AppleApple TVSmart TV console
GoogleNexus 5, Nexus 4Phone
GoogleNexus 7, Nexus 10Tablet
BlackBerryQ10Phone
BlackBerryZ10Phone
connectBlueOBS421Module
DISHHopperDVR
DISHHopper with SlingDVR
FujitsuArrowsTablet
FujitsuLifebook SeriesLaptop Tablet
FujitsuStylistic SeriesLaptop Tablet
HTCOne, One MaxPhone
MicrosoftSurfaceTablet
MotorolaDroid RAZR, Ultra, Maxx, MiniPhone
MotorolaMoto G, XPhone
NECLaVie SeriesLaptop
NECVersaPro SeriesLaptop
PanasonicCF-LX3Laptop
SamsungAll-In-One PC 700A3DLaptop
SamsungATIV Smart PCLaptop
SamsungGalaxy SeriesPhone
SonyVAIO S SeriesLaptop
SonyXperia SeriesPhone
SonyXperia SeriesTablet
Bluetooth Smart Logo (Quelle Bluetooth SIG)
Bluetooth Smart Logo (Quelle Bluetooth SIG)

Beispiele für Geräte mit Bluetooth Smart (Stand: Mai 2014)

Beispiele für Geräte mit Bluetooth Smart (Stand: Mai 2014)

HerstellerProduktnameProduktart
Ace Sensor Inc.Pally Smart Health ScaleWeight scale
Ace Sensor Inc.Pally Smart Key FinderProximity sensor
Acon BiotechOn Call Bluetooth AdapterMedial adapter
AdidasMiCoach HRMHear rate monitor
AdidasMiCoach SPEED_CELLSports tracker
AdidasMiCoach X_CELLSports tracker
Adonit Corp.Jot ScriptStylus
Adonit Corp.Jot TouchStylus
Alatech TechnologyCS010, CS009Heart rate monitor
Albers Inc.Item Finder/APP controllerProximity sensor
Alutech Int’l Ltd.W183Heart rate monitor
BAC TrackBT-M5Breathalyzer
BeetsBluBBHRM1Heart rate monitor
Beurer GmbHBF800Body weight scale
Beurer GmbHPM250Heart rate monitor
BiiFitHRM01Heart rate monitor
BiiSafeBiiSafe BuddyProximity sensor
Bluegiga TechnologiesD112USB dongle
Blue BulbChameleonLED light strip
BlueMaestroTempoThermometer
BlueMateBR-101Proximity sensor
Blue LezaBLSFHR01Heart rate monitor
BodyGaugeTMMB-1018BBlood pressure monitor
BuffaloBluetooth Proximity TagProximity sensor
Cardiofitness GbRBrustgurtProximity Device
CasioG-Shock GB-5600B, GB-6900, GB-6900B, GB-X6900Smart watch
CCA Electronic FactoryRT-1201AMobile phone accessory
ChamberlainMyQGarage door controller
CitizenW760Smart watch
connectBlueOLS425, OLP425 Platform, OLS426Module
ConnecteDeviceCookoo, Cogito, Cogito PopSmart watch
DaytonHRMHeart rate monitor
Deltron TechnologyiFound KeyProximity sensor
Denso CorporationKFDNXProximity sensor
Deep Freeze LLCBlueTipzIce fishing sensor
EB BrandsSportline SYNC 3015, 3016Heart rate monitor
EB BrandsSportline SYNC GPS 3010, 3011, 3012Heart rate monitor
EchowellBH20Heart rate monitor
EchowellBTR20Cycling sensor
EfilliateSB-01HECamera shutter remote
Elecom Co., LtdM-BT11BBMouse
EvlumaArea MaxLED outdoor light
FBSCF-PLUGPower consumption sensor
FiftyThreePencilStylus
Find My Car SmarterFind My Car Smarter systemProximity sensor
Fitbit, Inc.Fitbit OneFitness tracker
Fitbit, Inc.ZipFitness tracker
FitcrewRUN 4.1Treadmill
Fook TinScale Pro SeriesBody scale
GarminFenixGPS hiking watch
GeonauteGeonauteHeart rate monitor
GeoPalziBitzFitness Tracker
GizmoniCA FlashCamera flash
GpulseBLE-HRM-100Heart rate monitor
GunitechL012LED light bulb
GymwatchGymwatch SensorFitness Tracker
Health&LifeBlood Pressure MonitorBlood pressure monitor
Health-O-MeterLose It! Bluetooth ScaleBody weight scale
HeliosHelios BarsSmart bicycle bars
HippihHipKeyProximity sensor
HoMedicsBPW-360BT, BPW-360BTSVBlood pressure monitor
HuaweiMediaQRemote control
HuaweiRC310Remote control
HumbleHumbleProximity sensor
Icon FitnessSpeed RingTreadmill remote
Icon FitnessBoston Marathon TreadmillTreadmill
Icon FitnessPro-Form Spinner BikeSpinning bike
iDevices LLCiGrill mini, iGrill v2Food thermometer
iDevices LLCKitchen Thermometer, Kitchen Thermometer miniFood thermometer
IDT Technology LimitedBPU329Blood pressure monitor
IDT Technology LimitedPE126 / PE128Activity monitor
IDT Technology LimitedRA900 / SE900Smart watch
IDT Technology LimitedSZ999Heart rate monitor
iHealth LabGB5LWireless glucose monitoring system
iHealth LabHS4Body scale
Improv ElectronicsBoogie Board Sync 9.7eWriter
InfoMotion Sports Technology94Fifty Smart Sensor BasketballBasketball
Isonea Ltd.AirSoneaAsthma monitoring device
iSportC001Heart rate monitor
iSportW227Cycling sensor
Joybien TechnologiesCM101t, KF101t, KF101nProximity sensor
Joybien TechnologiesDC101tGaming appccessory
Joybien TechnologiesES101tRemote power supply
Joybien TechnologiesGS201tBicycle lock/alarm
Joybien TechnologiesLL101tDimmer lamp
Joybien TechnologiesSD101tBroadcaster
Joybien TechnologiesTC101t / TC101nToy car
Joybien TechnologiesTP101tTire pressure sensor
Joybien TechnologiesTH101tToy helicopter
KwiksetKevoDoor lock
Latitude LimitedMapMyRun 3015Heart rate monitor
Latitude LimitedRuntastic TD00290Heart rate monitor
Leica Geosystems AGDisto D510Laser measure
LGOnekeyRemote control
LGLifeband TouchActivity Tracker
Logitec Corp.BLE Tag LBT-VRU01Mobile phone accessory
LumobackLUMObackPosture sensor
Mad Catz, Inc.R.A.T.MMouse
Mad Catz, Inc.M.O.U.S.9Mouse
MaytelSmart NudgeProximity sensor
MaytronicsDolphinPool cleaner
Meso International GmbHBikeLoggerCycling sensor
Mobile Action TechnologyHRM-10Heart rate monitor
Mobile MindsPebbleHeart rate monitor
Mobility Holdings, LtdBioLogicHeart rate monitor
MotorolaMOTOACTVFitness tracker
National ElectronicsBluetooth 4.0 Chest StrapHeart rate monitor
Newgen MedicalsNC-4924-675Medical monitor
Newgen MedicalsNC-5666Body scale
NikeHyperdunk+,Wearable tech
NikeLunarTR1+, Lunar Hyperworkout+Wearable tech
Nonin Medical Inc.3230Finger pulse oximeter
OmronWalk ScanPosture Sensor
Oral-BSmart SeriesToothbrush
Orb Information TechnologyVoyagerBlue24Proximity sensor
Organix Concept Ltd.PR091Fitness tracker
Ozaki Worldwide Ltd.Fat BurnFitness tracker
Pafers Tech Co., Ltd.HR-KITHeart rate monitor
PanasonicGT-1830Blood glucose monitor
ParrotFlower PowerPlant monitor
Pear SportsPear MobileHeart rate monitor
Pebble Smart KeeperPK-01Proximity sensor
PolarH7Heart rate monitor
PolarLoopFitness tracker
PolarV800Fitness tracker
PolarY8Stride sensor
PrestigioSmart Blood Pressure MonitorBlood pressure monitor
PrestigioSmart Scale SeriesBody weight scale
QL LondonWootchChild proximity sensor
QualcommGimbalBeacon
RevogiBluetooth BulbLight bulb
RedBearLabB1iBeacon
RuntasticHeart rate monitor chest strapHeart rate monitor
RuntasticLibraBody scale
Salutica Allied SolutionsFOBOProximity device
SalutronC SeriesFitness watch
SalutronHRM Chest StrapHeart rate monitor
SamicoKMR930Remote control
SamicoSA-B58, SA-B59Blood pressure monitor
SamicoSA-B89Body Scale
Satellite ElectronicsFan LightCeiling Fan Remote
Semilink Inc.Satechi SD-100, SB-01, SB-01MCamera shutter remote
Semilink Inc.Yes Pen LeashStylus
ScoscheBLCSHeart rate monitor
Shenzhen Easy-all Electronic DevelopmentF1Anti-loss alarm
SmartLightL8 SmartLightNotification device
Sports Beat, Inc.BodyFitHeart rate monitor
S-Power Electronics Ltd.TAPianoGame controller
StabilaStabilaMeasuring tool
Swirl NetworksSwirlBeacon
Techsport Ltd.SHR-01Heart rate sensor
Ten One DesignPogo ConnectStylus
tinyFindertinyFinderProximity sensor
TomTom8RS00Fitness GPS watch
TranstekVS-3200-W, LS101-BBody Scale
Truly HealthcareArm Blood Pressure MonitorBlood pressure monitor
Truly HealthcareTET-350, TET-351Thermometer
Under ArmourArmour39Sports tracker
WahooBlue HRHeart rate monitor
WahooBlue SCCycling sensor
WahooKICKRBike trainer
WahooKineticSports tracker
WeartechGow TrainerHeart rate monitor
WiTscaleModel S1Body scale
WithingsSmart Body Analyzer WS-50Fitness tracker
VencerVK-2000, 6300833Proximity sensor
VitagoodsBP MonitorBlood pressure monitor
WalkingSpreeInspireFitness tracker
WhistleWhistlePet activity tracker
ZaggCaliber AdvantageGame controller
60beat60beat BLUEHeart rate monitor
Quelle: Bluetooth SIG

Weiterführende Informationen und Quellen:

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