Bluetooth-ICs

Blockdiagramm der stromsparenden Bluetooth-Low-Energy-ICs TC35678 und TC35679. Toshiba Electronics Europe

In diesem Beitrag beschreibt Toshiba einige der Trends, Anwendungen und Herausforderungen, die hinter diesem Wachstumsmarkt stecken. Zudem wird die neueste Bluetooth-Technologie vorgestellt, die tragbare Gesundheits-/Healthcare-Produkte der nächsten Generation ermöglicht.

Bluetooth: Die Grundlagen

Ursprünglich als Funk-Kommunikationsprotokoll für kurze Reichweiten entwickelt, wurde Bluetooth „Classic“ zunächst als Protokoll für den Anschluss von Computerperipherie wie Tastaturen, Computer-Mäusen und Lautsprechern verwendet. Mit dem Aufkommen erster Mobiltelefone war Bluetooth das Protokoll der Wahl für Freisprech-Kopf-/Ohrhörer.

Als Mobiltelefone zu Smartphones weiter entwickelt wurden, hat sich auch Bluetooth weiter verbessert. Das Smartphone wurde zu einem vielfältig einsetzbaren Gerät, um im Internet zu surfen und auf Dienste zuzugreifen. Um die Anforderungen der Mobilgeräte vor allem in Bezug auf einen niedrigen Stromverbrauchs zu erfüllen, wurde Bluetooth Low Energy (Bluetooth LE) eingeführt.

Derzeit wird Bluetooth LE jährlich in drei Milliarden neuen Geräte integriert (Quelle: ABI Research, Dezember 2016). Dieser Anteil wird weiter wachsen, da neue Anwendungen die kommenden Versionen des Protokolls aufnehmen und werden nutzen können.

ECK-DATEN

Bluetooth hat sich als eine führende Technik für die drahtlose Datenanbindung etabliert und benötigt aufgrund neuer Technologieentwicklungen heute nur sehr wenig Batterieleistung. Gleichzeitig kommen immer mehr batteriebetriebene Geräte auf den Markt, die das gestiegene Verbraucherinteresse an Gesundheit und Wohlbefinden bedienen. In manchen Bereichen sind einfache elektronische Geräte für das Gesundheitswesen sogar bereits Einwegartikel, die nur wenige Tage oder Wochen verwendet und dann entsorgt werden.

Wie bei jedem Protokoll ist eine interoperable Umsetzung bei allen Anbietern entscheidend für den Erfolg. Der Bluetooth-Standard, dessen Weiterentwicklung als auch dessen korrekte Implementierung in Geräten, obliegt der Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) mit über 30.000 Mitgliedsunternehmen. Führend in dieser Gruppe sind sieben Promoter-Unternehmen, darunter Toshiba, die großen Einfluss auf die zukünftige Ausrichtung von Bluetooth haben. Toshiba hat dadurch Zugang zu neuen Spezifikationen, technischen Informationen und Zukunftsplänen, sodass neueste Technologien bereits in einem sehr frühen Stadium in das Chip- und Softwareangebot von Toshiba einfließen können.

Gesundheitsanwendungen für Bluetooth

Durch die Möglichkeit, Überwachungsgeräte über Bluetooth LE zu vernetzten, revolutioniert sich das Gesundheitswesen. Blutzuckermessgeräte, Pulsoximeter, Herzfrequenzmesser, Asthma-Inhalatoren und so weiter werden immer beliebter. Mit Bluetooth können diese Geräte an PCs, Smartphones und Tablets angeschlossen werden, sodass Patienten ihr eigenes Wohlbefinden überwachen können. Darüber hinaus können medizinische Fachkräfte – wenn nötig in Echtzeit – auf diese Daten zugreifen. Damit lässt sich der Gesundheitszustand von Patienten aus der Ferne überwachen, was häufige Besuche in der Arztpraxis erübrigt.

Bluetooth-ICs

Integrierte HF-Anpassung spart Platz auf der Leiterplatte und Kosten für die Stückliste. Toshiba Electronics Europe

Bluetooth LE basiert auf verschiedenen hochsicheren Verschlüsselungstechniken, die während der Übertragung sensible personenbezogene Daten sichern. Der neue Bluetooth-Standard (BT4.2) wurde um wichtige Sicherheitsfunktionen erweitert. Integrierte „Privacy“-Funktionen sorgen zum Beispiel dafür, dass Bluetooth-Geräte schwer zu verfolgen sind, und ein neuer elliptischer Kurvenalgorithmus sorgt zusammen mit intelligenter Kryptographie-Schlüsselverwaltung für einen starken Schutz gegen Lauschangriffe und Datenmanipulation. Die Frequenzsprung-Funktechnik der Bluetooth-Technik vermindert zudem erheblich Übertragungsstörungen und sorgt für ein hohes Maß an Funk-Störfestigkeit. Damit steht zu jeder Zeit eine sichere und zuverlässige Verbindung zur Verfügung.

Da die Verbraucher immer gesundheitsbewusster werden, sorgt Bluetooth für eine Revolution, die über „professionelle“ Geräte hinausgeht und eine ständig wachsende Zahl von Personal-Healthcare-Geräten am Markt erscheinen lässt. Die häufigsten von ihnen sind tragbare Fitnessgeräte, die immer mehr Körperwerte überwachen und eine Bluetooth-Verbindung zu einem Smartphone nutzen.

Konzepte für neue Bluetooth-basierte Healthcare-Geräte sind eigentlich nur durch die Fantasie des Entwicklers begrenzt. Dazu zählen Infrarot-Thermometer, Körperwaagen, die den Body Mass Index (BMI) messen; Sport-BHs und Sporthemden, die die Atmung, Herzfrequenz, Trainingsintensität und verbrauchten Kalorien erfassen; intelligente Ernährungsflaschen und sogar Pflaster, die die UV-Belastung oder Blutzuckerwerte überwachen. Selbst ein Säuglingsschnuller mit eingebauter Temperaturmessung ist dabei. Da die Menschen auch bei Krankheit länger zu Hause leben wollen, kommen auch Geräte auf den Markt, die speziell auf Bedürfnisse älterer Menschen ausgerichtet sind (Assistenzsysteme für zu Hause). Tragbare Notfall-Ruftaster ermöglichen zum Beispiel die sofortige Kommunikation mit medizinischen Fachkräften, wo immer sich der Nutzer/Patient auch befindet.

Herausforderungen für Entwickler

Da die Verbraucher immer mehr Funktionen und längere Betriebszeiten bis zum nächsten Aufladen des Akkus verlangen, steigen die Anforderungen an die Entwickler Bluetooth-basierter Geräte eben auch für Anwendungen im Gesundheitswesen. Weil diese Anforderungen äußerst vielfältig sind, benötigen Entwickler neueste Technologie, um diesen schnell und mit vertretbarem Aufwand gerecht zu werden.

Da viele der Geräte tragbar sind, ist ein Batteriebetrieb erforderlich. Dennoch wollen die Verbraucher immer mehr Funktionen, die einen höheren Batterieverbrauch verursachen. Werden die Geräte kleiner, steht weniger Platz für die Hardware zur Verfügung, mit der sich die Funktionen umsetzen lassen – größere Batterien für mehr Leistung werden am Markt nicht akzeptiert. Heute erwartet der Verbraucher bei Geräten mit nur einer CR2032-Knopfzelle bereits eine Batterielaufzeit von mehreren Jahren.

Dies ist ein hoher Anspruch – und im Gesundheitsmarkt kommt erschwerend hinzu, dass immer mehr Anbieter für immer mehr Wettbewerb sorgen. Von den Entwicklern wird erwartet, dass sie äußerst kleine, effiziente Geräte mit vielen Funktionen auf den Markt bringen – zu einem günstigeren Preis als für die Vorgängergeneration.

Während der Kopplung (Pairing) zwischen Bluetooth-Geräten können diese datentechnisch angreifbar sein. Nutzer werden daher zunehmend anspruchsvoller und verlangen, dass ihre persönlichen Informationen jederzeit sicher gespeichert und übermittelt werden.

Auf der nächsten Seite geht es um Private Pairing und Neuerungen bei Bluetooth-ICs.

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