Warum BLE-Technik heute unverzichtbar geworden ist

Das Verständnis der BLE-Technik und ihrer Bedeutung ist aufgrund der großen Verbreitung dieser Technik bedeutsam für die unterschiedlichsten Anwendungen vom Consumer-Sektor bis zu industriellen Applikationen. BLE wird außerdem fortlaufend weiterentwickelt und bietet unbegrenzte Möglichkeiten zum Entwickeln von Applikationen.

Anwendungsfälle

BLE ist in zahlreichen Branchen sehr verbreitet und beeinflusst unser tägliches Leben auf die unterschiedlichste, wenn auch oftmals unbemerkte Weise. Ist man mit BLE vertraut, kann man die Fähigkeiten dieser Technik in den verschiedensten Sparten verstehen und nutzen. Es folgen einige Beispiele von Bereichen, in denen BLE einen wichtigen Beitrag leistet und die gewohnten Abläufe revolutioniert.

Medizin-Anwendungen für BLE

Eine entscheidende Rolle spielt BLE im Bereich der Medizin, denn hier ermöglicht diese Technik die Verwendung von Geräten wie etwa Blutzucker-Messgeräten, Blutdruckmonitoren und sogar Implantaten wie zum Beispiel Schrittmachern, die nach sehr geringer Leistungsaufnahme verlangen. Geräte dieser Art können Daten erfassen und in Echtzeitreports ausgeben – sei es für die Patienten selbst oder für das medizinische Personal. Auch für das Tracking von Patienten (mit Angabe von Stockwerk und Zimmernummer) sowie zum Übertragen von Informationen an das Klinikpersonal wird BLE genutzt.

BLE für Tracker

BLE kommt in aktuellen Trackern oder Smart Tags zum Einsatz, die beispielsweise an Koffern, Schlüsselbunden oder sogar Haustieren angebracht werden können, um diese auffinden zu können. Derartige Tags sind sehr klein und energieeffizient konstruiert, sodass es hier auf die Stromspar-Fähigkeiten von BLE ankommt. Auch in der Industrie wird die BLE-Technik verwendet und wird zum Überwachen von Lagerorten, im Einzelhandel oder für die Indoor-Navigation eingesetzt.

BLE in Wearables

Wearables verlangen nach kleinen Abmessungen und langer Batterielebensdauer, sodass BLE auch hier die passende Technik ist. Produkte wie etwa Smartwatches, Fitnessbänder und smarte Brillen nutzen BLE, wenn es auf drahtlose Konnektivität im Verbund mit geringem Stromverbrauch ankommt.

BLE für das Audio-Streaming

Auch in Audio-Streaming-Anwendungen spielt BLE eine entscheidende Rolle, denn durch die Einführung von LE Audio erlaubt BLE ein latenzarmes Audio-Streaming mit einer Verbesserung der wahrgenommenen Klangqualität. LE Audio umfasst den Low Complexity Communications Codec (LC3), der ohne Abstriche an der Audioqualität mit niedrigen Datenraten auskommt, was wiederum neue Möglichkeiten für den drahtlosen Konsum von Audioinhalten erschließt.

BLE im Home-Automation-Sektor

Im Bereich Home Automation stellt BLE eine grundlegende Technik zur Realisierung von Smart-Home-Installationen dar. Das IoT wird in diesem Bereich intensiv genutzt, und BLE ermöglicht die nahtlose Konnektivität zwischen verschiedenen smarten Geräten. Auf dem Markt gibt es inzwischen ein breites Spektrum BLE-basierter smarter Geräte wie etwa Schlüsselanhänger, Home Beacons, Schalter und vieles mehr. Mit BLE lassen sich verschiedene Aspekte eines Wohngebäudes steuern und überwachen. Die Spanne reicht hier vom Smart Lighting über das Energiemanagement zur Steigerung der Effizienz, smarte Türschlösser, drahtlose Lautsprechersysteme und Heimroboter bis hin zu Sicherheitssystemen.

Im BLE-Protokollstapel durchlaufen die Applikationsdaten verschiedene Schichten, bevor sie die entsprechende Anwendung auf einem anderen Gerät erreichen, das über seinen eigenen BLE-Protokollstapel verfügt. Der Ablauf ist wie folgt:

1. Anwendungsschicht: Die Anwendung wählt das Attribut, das die zu sendenden Daten enthält.
2. ATT-Schicht: Auf der ATT-Schicht wird ein Paket erzeugt, das die zum gewählten Attribut des entfernten Geräts gehörenden Informationen enthält.
3. L2CAP-Schicht: Das Paket aus der ATT-Schicht durchläuft die L2CAP-Schicht, die sich nötigenfalls um die Datenfragmentierung und -defragmentierung kümmert. Jedes L2CAP-Paket wird außerdem mit einem L2CAP-Header versehen.
4. Verbindungsschicht: Das L2CAP-Paket wird an die Verbindungsschicht (Link Layer) übergeben, die es wiederum für die drahtlose Übertragung an die Bit-Übertragungsschicht weiterreicht. Die Verbindungsschicht versieht das Paket, das in seiner Gesamtheit als PDU bezeichnet wird, mit einem weiteren Header.
5. Bit-Übertragungsschicht: Vor dem eigentlichen Senden fügt die Bit-Übertragungsschicht (Physical Layer) der PDU die notwendige Präambel, die Zugriffsadresse und einen CRC-Code hinzu. Anschließend erfolgt die drahtlose Übertrag

Das empfangsseitige BLE-Gerät empfängt das Paket und führt die beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge aus, um die Daten zu extrahieren. Bei der Implementierung von BLE in den verschiedensten Anwendungen kommt es im Interesse der Effizienz und Optimierung darauf an, die richtige Hardware zu wählen. Analog Devices bietet eine Vielzahl BLE-fähiger Mikrocontroller an, die sich für unterschiedliche Anforderungen und Anwendungen eignen.

Mikrocontroller für BLE-Designs

Die stromsparenden Mikrocontroller der DARWIN-Familie von Analog Devices (mit den Bausteinen MAX32665, MAX32666, MAX32667 und MAX32668) sind für eine breite Palette praktischer Anwendungen ausgelegt. Die MCUs unterstützen die Funkübertragung per Bluetooth 5 Low Energy und erlauben damit in IoT-Anwendungen die drahtlose Anbindung an die verschiedensten Geräte, wobei der Stromverbrauch im aktiven Betrieb ebenso wie im Standby-Modus auf ein Minimum reduziert wird [3]. Die DARWIN-MCUs zeichnen sich ferner durch die größte integrierte Speicherkapazität ihrer Klasse aus und unterstützen deshalb umfangreichere Applikationen und mehr Stacks. Diese Flexibilität und die gebotenen Fähigkeiten eröffnen zahllose Möglichkeiten für das Design und die Vorbereitung auf beliebige Herausforderungen des IoT-Sektors. Sie bilden ferner die Grundlage heutiger IoT-Lösungen und ebnen den Weg für die weitere Entwicklung. (na)