Michael Bischof — Kompetenz Mananger HCIBluetooth Low Energy (BLE)
Bluetooth Low Energy (BLE) ist eine weit verbreitete Lösung für die Verbindung von Smartphones mit Geräten. Es ermöglicht eine direkte Verbindung aus einer App heraus und bietet sicheren Datenaustausch und Konfigurationsmöglichkeiten. Die Reichweite von BLE ist vergleichsweise gut, d. h. die Nutzer müssen ihr Telefon nicht direkt an das Gerät halten, müssen aber dennoch in der Nähe sein. Dieses Erfordernis der Nähe hilft den Nutzern, relevante Geräte auf der Grundlage ihres aktuellen Standorts zu finden. Ein Hauptvorteil von BLE ist neben den geringen Energiekosten, dass es möglich ist ohne zusätzliche Benutzereingaben eine Verbindung mit einem Smartphone oder Tablet herzustellen. Es funktioniert sogar im Hintergrund, wenn das Smartphone bloß in der Tasche des Nutzers ist.
grandcentrix Insight: BLE ist in erster Linie für einfache Kommunikation gedacht, während WiFi für hohe Bandbreitenanforderungen empfohlen wird. BLE und WiFi ergänzen sich gut, da BLE zur Erkennung von Geräten und zum Aufbau von Verbindungen verwendet werden kann, bevor eine WiFi-Verbindung für Aufgaben mit höherer Bandbreite hergestellt wird. So kann beispielsweise ein batteriebetriebenes Gerät BLE für die Erkennung nutzen und WiFi nur bei Bedarf aktivieren, um Strom zu sparen.
Vielleicht haben Sie im Zusammenhang mit IoT schon einmal von BLE Mesh gehört. Bei BLE Mesh handelt es sich nicht um eine drahtlose Kommunikationstechnologie, sondern um eine Netzwerktechnologie, die auf BLE basiert. Sie unterstützt die Many-to-Many-Kommunikation und ist damit ideal für komplexe Anwendungen wie intelligente Gebäude und industrielle Automatisierung. Das Einrichten eines BLE Mesh-Netzwerks und das Hinzufügen neuer Geräte erfordert mehrere Schritte, die am besten mit einer speziellen Companion App verwaltet werden können.
Bluetooth Classic
Bluetooth Classic, auch Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR) genannt, ist immer noch weit verbreitet, da es in der Vergangenheit deutlich höhere Datenübertragungsraten (z. B. für Audio-Streaming) bot. Spätestens seit der Einführung von Bluetooth 5.2 gibt es allerdings keinen wirklichen Grund mehr, Bluetooth Classic gegenüber BLE zu bevorzugen, da neue Funktionen nur noch für BLE erwartet werden.
grandcentrix Insights: Während Bluetooth Classic immer noch etwas höhere Datenraten hat (3MB/s statt 2MB/s), unterstützt BLE fortschrittlichere Kommunikationstopologien, einschließlich periodischen und erweiterten Advertisments, die in Bluetooth Classic nicht verfügbar sind. Dadurch kann BLE in komplexeren IoT-Umgebungen und für Anwendungen eingesetzt werden, die groß angelegte Gerätenetzwerke oder intelligente Gebäudeautomatisierung erfordern. Bluetooth Classic bringt auch einige Nachteile in der Usability mit sich, da es zum Beispiel für iOS-Apps nicht möglich ist, eine Verbindung aus der App selbst heraus aufzubauen. Wir von grandcentrix empfehlen in fast allen Fällen die Verwendung von BLE, mit WiFi als Verbindungsoption für die Kommunikation mit hoher Bandbreite. Bluetooth Classic wird voraussichtlich keine neuen Funktionen erhalten und sollte nur gewählt werden, wenn es einen sehr guten Grund dafür gibt (z.B. alte Geräte im Feld). Bluetooth Classic wird nicht umsonst “Classic” genannt.
WiFi (ad hoc)
Die direkte Verbindung mit einem Gerät über WiFi ist eine weitere gängige Verbindungsoption. Hierfür ist keine bestehende lokale Netzwerkinfrastruktur erforderlich. Die Verbindung zum Gerät über WiFi kann von einer App aus erfolgen und bietet eine Datenübertragung mit hoher Bandbreite, die für das Senden großer Dateien, den Zugriff auf Human Machine Interfaces (HMIs), die auf dem Gerät gehostet werden, und mehr nützlich ist.
grandcentrix Insight: Entgegen der weitverbreiteten Meinung führt die direkte Verbindung eines Smartphones mit dem offline WiFi-Netzwerk eines Geräts nicht zu einer Unterbrechung des Internetzugangs. Mit der richtigen Firmware-Konfiguration kann ein Telefon über WiFi mit einem Gerät kommunizieren und gleichzeitig mobile Daten nutzen.
Lokales Netzwerk
Wenn zwei Geräte mit demselben lokalen Netzwerk verbunden sind, können sie miteinander kommunizieren, ohne dass eine Internetverbindung erforderlich ist. Diese Form der Konnektivität ermöglicht es dem Benutzer, sich überall in der Umgebung aufzuhalten, solange das lokale Netzwerk verfügbar ist.
grandcentrix Insight: Professionelle lokale Netzwerke sind oft sehr restriktiv konfiguriert, was zu einer schlechten Benutzererfahrung für Endkunden führen kann. Es ist wichtig, gängige Ports zu verwenden und den Benutzer während des Onboardings durch möglicherweise notwendige Änderungen an der Firewall zu führen.
Remote Connectivity
Wenn ein Gerät über mobile Daten oder ein lokales Netzwerk mit dem Internet verbunden ist, ist eine Fernkommunikation über ein Backend möglich. Dies ist ideal für Benutzer, die Geräte von überall aus steuern müssen, und bietet unübertroffenen Komfort. Voraussetzung für diese Art der Konnektivität ist, dass das angeschlossene Gerät selbst und das Smartphone, Tablet oder der PC über einen Internetzugang verfügen.
grandcentrix Insight: Die Remote-Konnektivität hängt von einem guten Empfang auf beiden Geräten ab. Schlechter Mobilfunkempfang kann zu Latenzzeiten führen und muss in der Benutzeroberfläche entsprechend behandelt werden, um Verwirrung zu vermeiden. Remote-Konnektivität birgt auch ein höheres Sicherheitsrisiko, da das Gerät über das Internet zugänglich ist. Daher ist ein Security-by-Design-Ansatz bei dieser Konnektivitätsoption besonders wichtig.
Near Field Communication (NFC)
Die NFC-Technologie (Near Field Communication) ist eine drahtlose Technologie mit kurzer Reichweite, die es Geräten ermöglicht, miteinander zu kommunizieren, wenn sie sich nur wenige Zentimeter voneinander entfernt befinden. Sie wird üblicherweise für kontaktlose Zahlungen, Kommunikation mit geringen Datenmengen und die Einrichtung von Geräten verwendet. Häufige Anwendungsfälle für NFC im IoT-Sektor sind die Konfiguration von Parametern oder die einfache Einrichtung von Verbindungen (Bluetooth-Pairing, WiFi-Verbindung, usw.).
grandcentrix Insight: NFC nutzt das elektromagnetische Feld, das von einem aktiven NFC-Gerät erzeugt wird, um passive Chips zu betreiben. Das bedeutet, dass Geräte auch dann konfiguriert oder eingerichtet werden können, wenn sie ausgeschaltet sind, was ideal für Einstellungen vor der Installation oder Erstkonfigurationen ist. NFC wird sowohl von iOS- als auch von Android-Smartphones unterstützt, ist aber nicht auf iPads oder Laptops verfügbar.
Ultra-Wideband (UWB)
Ultrabreitband (UWB) wird zur Bestimmung der genauen Position und Entfernung eines Smartphones relativ zu einem Gerät verwendet. Da es nicht für die Datenübertragung verwendet wird, ist es eher als „Honorable Mention" in dieser Liste zu betrachten. Es verbessert das Nutzererlebnis, indem es die Absicht des Nutzers durch Näherungserkennung erkennt und die Interaktion mit dem Gerät erheblich verbessern kann.
grandcentrix Insight: UWB ist die Technologie, die hinter den AirTags von Apple steckt, die ein hervorragendes Beispiel für die Präzision sind, die mit UWB möglich ist. Neben dem Auffinden von Geräten ist UWB auch sehr nützlich, um festzustellen, auf welcher Seite eines Geräts ein Benutzer steht oder ob sich ein Benutzer nähert. Damit können verschiedene Aktionen ausgelöst werden, z. B. das automatische Öffnen einer Tür (Zugangskontrolle) oder die Anzeige relevanter Informationen auf einem Smartphone.
Zukünftige Konnektivitätsoptionen
Es gibt zwar viele Standards, die für vernetzte Geräte nützlich sein könnten, aber wir sind darauf angewiesen, dass die Smartphone- und PC-Hersteller diese Technologie in ihre Hardware integrieren, um sie einem breiten Publikum zugänglich zu machen.
Eine vielversprechende Konnektivitätsoption ist die Unterstützung von Thread auf Smartphones. Apple und Google arbeiten an der Integration von Thread in die neueste Generation ihrer Flaggschiff-Smartphones. Das iPhone 15 Pro ist das erste Telefon, das ein Thread-Radio enthält.
Summary
Heutzutage gibt es zahlreiche Optionen für die Verbindung von Smartphones, Tablets und PCs mit anderen Geräten zur Steuerung und Konfiguration. Die Wahl der richtigen Konnektivitätstechnologie hängt von den spezifischen Anforderungen und Anwendungsfällen ab. Bluetooth Low Energy (BLE) ist ideal für energieeffiziente, direkte Verbindungen und unterstützt komplexe Netzwerke durch BLE Mesh. WiFi-Verbindungen eignen sich hervorragend für Aufgaben mit hoher Bandbreite wie die Übertragung großer Dateien oder den Zugriff auf Schnittstellen. NFC und UWB bieten einzigartige Vorteile für Interaktionen im Nahbereich und eine präzise Positionierung.
Die Entwicklung neuer Konnektivitätsoptionen wie Thread zeigt, dass sich der Markt ständig weiterentwickelt. Um ein optimales Nutzererlebnis zu gewährleisten, ist es entscheidend, die individuellen Bedürfnisse sorgfältig zu analysieren und die Technologie auszuwählen, die sich am besten für den jeweiligen Anwendungsfall eignet. Dies gilt sowohl für lokale als auch für Remote-Verbindungen, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Herausforderungen mit sich bringen. Mit der fortschreitenden Integration von Hardware und Software werden sich neue Möglichkeiten ergeben, die Konnektivität und Benutzerfreundlichkeit weiter zu verbessern.