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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)

Hersteller Produktname Produktart
Apple iPad (Air, Mini, 3rd & 4th gen) Tablet
Apple iPhone (5s, 5c, 5 & 4s) Phone
Apple iPod touch Portable Media Player
Apple MacBook Air Laptop
Apple MacBook Pro Laptop
Apple Mac mini Computer
Apple Apple TV Smart TV console
Google Nexus 5, Nexus 4 Phone
Google Nexus 7, Nexus 10 Tablet
BlackBerry Q10 Phone
BlackBerry Z10 Phone
connectBlue OBS421 Module
DISH Hopper DVR
DISH Hopper with Sling DVR
Fujitsu Arrows Tablet
Fujitsu Lifebook Series Laptop Tablet
Fujitsu Stylistic Series Laptop Tablet
HTC One, One Max Phone
Microsoft Surface Tablet
Motorola Droid RAZR, Ultra, Maxx, Mini Phone
Motorola Moto G, X Phone
NEC LaVie Series Laptop
NEC VersaPro Series Laptop
Panasonic CF-LX3 Laptop
Samsung All-In-One PC 700A3D Laptop
Samsung ATIV Smart PC Laptop
Samsung Galaxy Series Phone
Sony VAIO S Series Laptop
Sony Xperia Series Phone
Sony Xperia Series Tablet
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)

Hersteller Produktname Produktart
Ace Sensor Inc. Pally Smart Health Scale Weight scale
Ace Sensor Inc. Pally Smart Key Finder Proximity sensor
Acon Biotech On Call Bluetooth Adapter Medial adapter
Adidas MiCoach HRM Hear rate monitor
Adidas MiCoach SPEED_CELL Sports tracker
Adidas MiCoach X_CELL Sports tracker
Adonit Corp. Jot Script Stylus
Adonit Corp. Jot Touch Stylus
Alatech Technology CS010, CS009 Heart rate monitor
Albers Inc. Item Finder/APP controller Proximity sensor
Alutech Int’l Ltd. W183 Heart rate monitor
BAC Track BT-M5 Breathalyzer
BeetsBlu BBHRM1 Heart rate monitor
Beurer GmbH BF800 Body weight scale
Beurer GmbH PM250 Heart rate monitor
BiiFit HRM01 Heart rate monitor
BiiSafe BiiSafe Buddy Proximity sensor
Bluegiga Technologies D112 USB dongle
Blue Bulb Chameleon LED light strip
BlueMaestro Tempo Thermometer
BlueMate BR-101 Proximity sensor
Blue Leza BLSFHR01 Heart rate monitor
BodyGauge TMMB-1018B Blood pressure monitor
Buffalo Bluetooth Proximity Tag Proximity sensor
Cardiofitness GbR Brustgurt Proximity Device
Casio G-Shock GB-5600B, GB-6900, GB-6900B, GB-X6900 Smart watch
CCA Electronic Factory RT-1201A Mobile phone accessory
Chamberlain MyQ Garage door controller
Citizen W760 Smart watch
connectBlue OLS425, OLP425 Platform, OLS426 Module
ConnecteDevice Cookoo, Cogito, Cogito Pop Smart watch
Dayton HRM Heart rate monitor
Deltron Technology iFound Key Proximity sensor
Denso Corporation KFDNX Proximity sensor
Deep Freeze LLC BlueTipz Ice fishing sensor
EB Brands Sportline SYNC 3015, 3016 Heart rate monitor
EB Brands Sportline SYNC GPS 3010, 3011, 3012 Heart rate monitor
Echowell BH20 Heart rate monitor
Echowell BTR20 Cycling sensor
Efilliate SB-01HE Camera shutter remote
Elecom Co., Ltd M-BT11BB Mouse
Evluma Area Max LED outdoor light
FBSC F-PLUG Power consumption sensor
FiftyThree Pencil Stylus
Find My Car Smarter Find My Car Smarter system Proximity sensor
Fitbit, Inc. Fitbit One Fitness tracker
Fitbit, Inc. Zip Fitness tracker
Fitcrew RUN 4.1 Treadmill
Fook Tin Scale Pro Series Body scale
Garmin Fenix GPS hiking watch
Geonaute Geonaute Heart rate monitor
GeoPalz iBitz Fitness Tracker
Gizmon iCA Flash Camera flash
Gpulse BLE-HRM-100 Heart rate monitor
Gunitech L012 LED light bulb
Gymwatch Gymwatch Sensor Fitness Tracker
Health&Life Blood Pressure Monitor Blood pressure monitor
Health-O-Meter Lose It! Bluetooth Scale Body weight scale
Helios Helios Bars Smart bicycle bars
Hippih HipKey Proximity sensor
HoMedics BPW-360BT, BPW-360BTSV Blood pressure monitor
Huawei MediaQ Remote control
Huawei RC310 Remote control
Humble Humble Proximity sensor
Icon Fitness Speed Ring Treadmill remote
Icon Fitness Boston Marathon Treadmill Treadmill
Icon Fitness Pro-Form Spinner Bike Spinning bike
iDevices LLC iGrill mini, iGrill v2 Food thermometer
iDevices LLC Kitchen Thermometer, Kitchen Thermometer mini Food thermometer
IDT Technology Limited BPU329 Blood pressure monitor
IDT Technology Limited PE126 / PE128 Activity monitor
IDT Technology Limited RA900 / SE900 Smart watch
IDT Technology Limited SZ999 Heart rate monitor
iHealth Lab GB5L Wireless glucose monitoring system
iHealth Lab HS4 Body scale
Improv Electronics Boogie Board Sync 9.7 eWriter
InfoMotion Sports Technology 94Fifty Smart Sensor Basketball Basketball
Isonea Ltd. AirSonea Asthma monitoring device
iSport C001 Heart rate monitor
iSport W227 Cycling sensor
Joybien Technologies CM101t, KF101t, KF101n Proximity sensor
Joybien Technologies DC101t Gaming appccessory
Joybien Technologies ES101t Remote power supply
Joybien Technologies GS201t Bicycle lock/alarm
Joybien Technologies LL101t Dimmer lamp
Joybien Technologies SD101t Broadcaster
Joybien Technologies TC101t / TC101n Toy car
Joybien Technologies TP101t Tire pressure sensor
Joybien Technologies TH101t Toy helicopter
Kwikset Kevo Door lock
Latitude Limited MapMyRun 3015 Heart rate monitor
Latitude Limited Runtastic TD00290 Heart rate monitor
Leica Geosystems AG Disto D510 Laser measure
LG Onekey Remote control
LG Lifeband Touch Activity Tracker
Logitec Corp. BLE Tag LBT-VRU01 Mobile phone accessory
Lumoback LUMOback Posture sensor
Mad Catz, Inc. R.A.T.M Mouse
Mad Catz, Inc. M.O.U.S.9 Mouse
Maytel Smart Nudge Proximity sensor
Maytronics Dolphin Pool cleaner
Meso International GmbH BikeLogger Cycling sensor
Mobile Action Technology HRM-10 Heart rate monitor
Mobile Minds Pebble Heart rate monitor
Mobility Holdings, Ltd BioLogic Heart rate monitor
Motorola MOTOACTV Fitness tracker
National Electronics Bluetooth 4.0 Chest Strap Heart rate monitor
Newgen Medicals NC-4924-675 Medical monitor
Newgen Medicals NC-5666 Body scale
Nike Hyperdunk+, Wearable tech
Nike LunarTR1+, Lunar Hyperworkout+ Wearable tech
Nonin Medical Inc. 3230 Finger pulse oximeter
Omron Walk Scan Posture Sensor
Oral-B Smart Series Toothbrush
Orb Information Technology VoyagerBlue24 Proximity sensor
Organix Concept Ltd. PR091 Fitness tracker
Ozaki Worldwide Ltd. Fat Burn Fitness tracker
Pafers Tech Co., Ltd. HR-KIT Heart rate monitor
Panasonic GT-1830 Blood glucose monitor
Parrot Flower Power Plant monitor
Pear Sports Pear Mobile Heart rate monitor
Pebble Smart Keeper PK-01 Proximity sensor
Polar H7 Heart rate monitor
Polar Loop Fitness tracker
Polar V800 Fitness tracker
Polar Y8 Stride sensor
Prestigio Smart Blood Pressure Monitor Blood pressure monitor
Prestigio Smart Scale Series Body weight scale
QL London Wootch Child proximity sensor
Qualcomm Gimbal Beacon
Revogi Bluetooth Bulb Light bulb
RedBearLab B1 iBeacon
Runtastic Heart rate monitor chest strap Heart rate monitor
Runtastic Libra Body scale
Salutica Allied Solutions FOBO Proximity device
Salutron C Series Fitness watch
Salutron HRM Chest Strap Heart rate monitor
Samico KMR930 Remote control
Samico SA-B58, SA-B59 Blood pressure monitor
Samico SA-B89 Body Scale
Satellite Electronics Fan Light Ceiling Fan Remote
Semilink Inc. Satechi SD-100, SB-01, SB-01M Camera shutter remote
Semilink Inc. Yes Pen Leash Stylus
Scosche BLCS Heart rate monitor
Shenzhen Easy-all Electronic Development F1 Anti-loss alarm
SmartLight L8 SmartLight Notification device
Sports Beat, Inc. BodyFit Heart rate monitor
S-Power Electronics Ltd. TAPiano Game controller
Stabila Stabila Measuring tool
Swirl Networks Swirl Beacon
Techsport Ltd. SHR-01 Heart rate sensor
Ten One Design Pogo Connect Stylus
tinyFinder tinyFinder Proximity sensor
TomTom 8RS00 Fitness GPS watch
Transtek VS-3200-W, LS101-B Body Scale
Truly Healthcare Arm Blood Pressure Monitor Blood pressure monitor
Truly Healthcare TET-350, TET-351 Thermometer
Under Armour Armour39 Sports tracker
Wahoo Blue HR Heart rate monitor
Wahoo Blue SC Cycling sensor
Wahoo KICKR Bike trainer
Wahoo Kinetic Sports tracker
Weartech Gow Trainer Heart rate monitor
WiTscale Model S1 Body scale
Withings Smart Body Analyzer WS-50 Fitness tracker
Vencer VK-2000, 6300833 Proximity sensor
Vitagoods BP Monitor Blood pressure monitor
WalkingSpree Inspire Fitness tracker
Whistle Whistle Pet activity tracker
Zagg Caliber Advantage Game controller
60beat 60beat BLUE Heart rate monitor
Quelle: Bluetooth SIG

Weiterführende Informationen und Quellen: