Neue Bluetooth-Version 6.0 ermöglicht intelligente standortbasierte Dienste

Bluetooth wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, die einen drahtlosen Datenaustausch in einem Bereich von wenigen 100 Metern erfordern. Die maximalen Datenübertragungsraten sind auf einige MB/s begrenzt, aber aufgrund der guten BT-Unterstützung von Hosts wie PCs oder Smartphones ist BT eine ideale Wahl für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen innerhalb eines Gebäudes.

Typische Netzwerkanwendungen mit geringer Bandbreite sind z.B. das Streaming von Audiodaten zu den Lautsprechern, die Ausgabe an Drucker und Displays sowie die Dateneingabe über Tastaturen oder Kameras. BT wird auch gerne zur Datensynchronisierung oder zur Weitergabe von Informationen zwischen zwei Geräten verwendet. Ein weiteres beliebtes Anwendungsgebiet ist die „Hausautomatisierung“, bei der IoT-Geräte (IoT = „Internet der Dinge“) wie intelligente Lampen, Schlösser oder Haushaltsgeräte es den Benutzern ermöglichen, ihr Zuhause aus der Ferne zu steuern. 

Bei diesen Anwendungen handelt es sich um klassische BT-Anwendungen für weitverbreitete Anwendungsfälle, die die Bluetooth-Technologie bekannt gemacht haben und ihre weltweite Erfolgsgeschichte vorangetrieben haben. 

Verbesserte Handhabung isochroner Datenströme

Isochron ist eine Übertragung dann, wenn die Daten mit einer festen Rate ankommen, insbesondere beim Audio-Streaming. Zu diesem Zweck bietet BT 6.0 einen „Isochronous Adaptation Layer (ISOAL)“, der Verzögerungen bei der Bereitstellung von Audiodaten minimiert und sich ideal für Anwendungen von Hörgeräten, drahtlosen Mikrofonen und Gaming-Headsets eignet, bei denen Echtzeit-Datenbereitstellung und die perfekte Synchronisierung zwischen den Kanälen (z. B. für den linken und rechten Ohrstöpsel) unerlässlich sind 

Diese ISOAL Erweiterung ist auch für andere zeitkritische Datenströme nützlich, wie z. B. von synchronisierten Sensoren, die rechtzeitig und in der richtigen Reihenfolge übermittelt werden müssen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Anwendungen wie Augmented Reality (AR), Virtual Reality (VR) und der industriellen Automatisierung, bei denen die synchrone Bereitstellung von Daten über mehrere Geräte hinweg unerlässlich ist.

Darüber hinaus enthält ISOAL Mechanismen zur Behandlung von Übertragungsfehlern. Mit Hilfe dieser Technik kann man einen reibungslosen und kontinuierlichen Datenstrom aufrechterhalten, indem fehlende Pakete rekonstruiert oder Vorwärtsfehlerkorrektur-Techniken (FEC) verwendet werden, die zu einem tadellosen Empfang sorgen. Aufgrund der verbesserten Fehlerbehandlung kommt es bei Audio- oder Datenübertragungen seltener zu merklichen Störungen, sodass das Benutzererlebnis auch bei geringfügigen Signalstörungen ungetrübt ist.

Genauere und sichere Lokalisierung von Objekten

Neben den genannten Mainstream-Anwendungen bietet BT 6.0 Unterstützung für standortbasierte Dienste wie das Lokalisieren, Navigieren oder das Verfolgen von Objekten. Sogenannte Bluetooth „Beacons“ können verwendet werden, um Benutzer an Orten wie Einkaufszentren und Flughäfen zielgenau zu führen, indem sie standortbasierte Informationen an ihre Smartphones senden. Außerdem kann BT auch zum Auffinden verlorener Gegenstände oder zur  Positionierung von Objekten verwendet werden.

Zu diesem Zweck bietet BT Release 6.0 eine Funktion namens „Channel Sounding“, die eine genaue Entfernungsmessung zwischen BT Geräten ermöglicht. Dazu wird eine Technik namens „Phase-Based Ranging (PBR)“ verwendet, bei der ein “Initiator” BT-Gerät ein Signal an ein “Reflektor” BT-Gerät sendet, das das Signal dann zurücksendet. Der Abstand zwischen den Geräten wird anhand der Phasenunterschiede zwischen den gesendeten und empfangenen Signalen über diese Frequenzen berechnet. Diese Abbildung veranschaulicht den Vorgang:

Wenn sich ein Signal durch den Raum bewegt, ändert sich im Allgemeinen seine Phase aufgrund der Zeit, die das Signal für die Ausbreitung benötigt. Die Entfernung zwischen Sender und Empfänger steht im direkten Zusammenhang mit der Phasenverschiebung , die die Differenz zwischen der Phase des gesendeten Signals und der Phase des empfangenen Signals darstellt. Die gesuchte Entfernung d steht in direkter Beziehung zur Phasenverschiebung Δɸ laut der Gleichung wobei ƛ die Wellenlänge des gesendeten Signals ist.

Neben den verbesserten Funktionen für die Entfernungsmessung erhöht BT 6.0 „Channel Sounding“ auch die Systemsicherheit , indem es eine sekundäre Messmethode namens Round-Trip-Zeit (RTT) einführt, die als Gegenmaßnahme gegen fortgeschrittene Man-in-the-Middle Angriffe dient. RTT fungiert als Methode zur Bewertung des reflektierten PBR Signals, indem sie eine unabhängige Distanzmessung zur Überprüfung der PBR-Messung bietet. Durch diese Funktion kann man sicherstellen, dass nur BT Geräte innerhalb einer genau festgelegten Region auf bestimmte sicherheitsrelevante BT-unterstützte Dienste (z.B. Funktionen einer Anwendung) zugreifen können.

Verbesserter Advertising Mechanismus

Bluetooth Advertising ist ein zentraler Mechanismus, um die Kommunikation zwischen Geräten zu ermöglichen, die nicht ständig aktiv und verbunden sind. Advertising spielt eine zentrale Rolle beim Erkennen von Geräten, Teilen von Informationen und Herstellen von Verbindungen. BT Geräte nutzen diese “Werbepakete”, um kleine Datenmengen an alle BT Geräte in ihrer Nähe zu senden. Dieser Mechanismus ist eine äußerst energieeffiziente Methode, um kompatible Geräte in der Nähe zu erkennen und bei Bedarf eine Verbindung herzustellen. Erreichbare BT-Geräte empfangen diese Pakete, um Informationen zu sammeln und ggf. eine Verbindung einzuleiten. Diese werden nur für einige der in Reichweite befindlichen BT-Geräte relevant sein, andere werden sie ignorieren.

Ab Version 6.0 bietet Release 6.0 eine entscheidungsbasierte Filterung der Werbepakete, die es einem “beobachtenden” BT-Gerät (“Observer”) ermöglicht, intelligent zu entscheiden, welche Werbepakete verarbeitet werden sollen. Statt jedes empfangene Paket zu analysieren, kann der Observer irrelevante Pakete anhand von vordefinierten Kriterien herausfiltern und so wertvolle Zeit sparen. Dies führt zu einer höheren Effizienz und reduziert gleichzeitig den Stromverbrauch.

Überwachung ausgewählter Advertiser

Neben der Filterung verfolgt die Funktion „Monitoring Advertisers” das Ziel, einem Observer zu ermöglichen, die Entfernung zu einem bestimmten Versender von Werbepaketen (“Advertiser”) über einen bestimmten Zeitraum kontinuierlich zu bestimmen. Dies stellt sicher, dass der Observer die Anwesenheit bzw. die Abwesenheit bestimmter BLE-Geräte bemerkt, bzw. wenn diese sich in den Bereich hinein oder aus diesem heraus bewegen. Dies ist besonders nützlich in Anwendungen, bei denen eine ständige Verbindung unnötig ist (und vermieden werden sollte), aber regelmäßige Updates über die Anwesenheit oder den Status eines Gerätes erforderlich sind.

BT 6.0 ermöglicht neue standortbasierte Dienste

Daraus ergibt sich, dass die Kombination dieser neuen BT 6.0-Funktionen 

• entscheidungsbasierte Filterung von Werbepaketen
• Überwachung ausgewählter Advertiser und
• Channel Sounding 

es den beobachtenden Observern ermöglicht, die Auswahl relevanter Daten zu verfeinern, basierend auf der tatsächlichen Verfügbarkeit der Advertiser, einschließlich ihres genauen Standorts und der Relevanz des Inhalts der verteilten Pakete.

Folglich führen diese Funktionen zu einem noch smarteren Scan-Verhalten und einem geringeren Stromverbrauch, was für batteriebetriebene Bluetooth-Geräte wie Wearables oder viele andere bewegliche oder sich bewegende Objekte vorteilhaft ist, die nicht dauerhaft an eine Stromquelle angeschlossen sind.

So ermöglicht Bluetooth 6.0 eine Vielzahl neuer standortbasierter Dienste zur Unterstützung zahlreicher Anwendungsfälle:

• ... in Geschäften oder Museen, um Besucher zielgenau zu führen oder sinnvolle Informationen bereitzustellen, wenn sie bestimmte Standorte erreichen 
• ... in Gebäuden oder Wohnungen, um automatische Aktionen bei Anwesenheit auszulösen, wie das Öffnen von Türen oder das Einschalten einer Beleuchtung.
• ... in Lagern oder der Logistik, wo BT-fähige Tags an Artikeln eine Verfolgung in Echtzeit oder die Ortung eines verlorenen Artikels ermöglichen. Wenn solche Objekte einen bestimmten Bereich verlassen oder diesen erreichen, kann ein BT-basiertes System eine entsprechende Meldung auslösen.

Weitere technische Einzelheiten finden Sie auf www.bluetooth.com und insbesondere in der „Bluetooth® Core Specification Version 6.0 – Funktionsübersicht“. 

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