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Bluetooth 5

Neue Wege in der Lichtsteuerung

24. September 2018, 15:39 Uhr   |  Cornelia Meier

Neue Wege in der Lichtsteuerung
© DIAL GmbH

Immer mehr Hersteller setzen auf Gebäudeautomation zur Nachrüstung. Vor allem im Bereich der Lichtsteuerung gibt es viele Produkte auf dem Markt, die auch für den Laien einfach zu handhaben sind. Ein Trend dabei: Anwendungen mit dem neuen Drahtlos-Standard Bluetooth 5.

»Bluetooth bietet generell viele Vorteile: Fast jedes Smartphone oder Tablet ist heutzutage mit einem Bluetooth-Chip ausgestattet. Dort wo vorher Kabel gezogen werden mussten, kann man sich nun einfach per Smartphone mit dem entsprechenden Gerät verbinden, um zum Beispiel Leuchtengruppen zu steuern. Zudem benötigt man mit Bluetooth keine Brücke zur Signalübertragung, wie bei den bekannten Anwendungen von smarten Leuchten wie von Philips oder Ikea, die mit
ZigBee arbeiten«, erklärt Christian Kroll, Trainer im Bereich Smart Building Technology bei Dial.

Die Bluetooth Special Interest Group (SIG) schätzt, dass es bis 2020 weltweit mehr als 48 Milliarden internetfähige Geräte geben wird, die zum Großteil mit
Bluetooth (BT) ausgestattet sind. Der Markt für Bluetooth-Anwendungen wächst also stetig.

 

Bluetooth 5 ist flexibler

Ob ein System im Markt Erfolg hat, entscheidet sich häufig darüber, wie flexibel es eingesetzt werden kann. Hierbei spielen bei drahtlosen Kommunikationstechnologien vier Merkmale eine wichtige Rolle: Übertragungsgeschwindigkeit, Reichweite, Übertragungssicherheit und allgemeine Sicherheit. Dies wird bei offenen Kommunikationsprotokollen im sogenannten Physical Layer (PHY) definiert. Bluetooth 5 bietet drei PHYs an, um möglichst vielen Anwendungsfällen gerecht zu werden.

LE 1M ist bereits aus Bluetooth 4 bekannt und bietet mit 1 Mbit/s ein ausgewogenes Verhältnis von Übertragungsgeschwindigkeit und Reichweite. Für die Anwendung im Smart-Home-Bereich ist dies heutzutage allerdings häufig nicht ausreichend. Mit der Einführung des LE 2M als weiteren Physical Layer wird die Übertragungsgeschwindigkeit verdoppelt. So lassen sich Türsprechanlagen mit BT ohne großen Aufwand nachrüsten.

Vierfache Reichweite

Um eine verlässliche Kommunikation zu gewährleisten, sind Fehlererkennung und Fehlerkorrektur essenziell. Während bei drahtgebundenen Systemen nur das Übertragungsmedium für die sichere Übertragung verantwortlich ist, kommen bei drahtlosen Systemen mehrere Faktoren hinzu: Wo wird das System eingesetzt? Ist durch die Bausubstanz eine hohe Dämpfung zu erwarten? Werden noch andere drahtlose Übertragungstechnologien genutzt, die im selben Frequenzbereich arbeiten oder müssen größere Entfernungen überbrückt werden?

Bluetooth 5 hat mit der Einführung des LE Coded PHY die Reichweite von Bluetooth 4 vervierfacht – ohne die Sendeleistung zu erhöhen. Durch die Kombination von Fehlererkennungsmechanismen wie CRC-Prüfsummen (Cyclic Redundancy Check) und Fehlerkorrektur (Forward Error Correction) können Fehler erkannt und sogar korrigiert werden, ohne dass Telegramme erneut gesendet werden müssen. Der Nachteil: Es müssen mehr redundante Informationen pro Nutzdaten mitgesendet werden, dies verringert die Übertragungsrate (siehe Tabelle).

Eine Übersicht über die Physical Layer von Bluetooth 5.
© DIAL GmbH

Eine Übersicht über die Physical Layer von Bluetooth 5.

Über eine Erweiterung des sogenannten Host Controller Interface (HCI) können Hersteller im Betrieb zwischen den PHYs umschalten. So können beispielsweise Firmware-Updates der Geräte mit der höchsten Übertragungsrate durchgeführt werden, während im Live-Betrieb auf eine sichere Übertragung geschaltet werden kann.

Mesh-Topologie

Zusätzlich zu den Anforderungen an die Übertragung ist die Topologie, also der Aufbau eines Netzwerkes, von Bedeutung. Um ein verlässliches Automationsnetzwerk aufzubauen, müssen sich verschiedene Geräte miteinander verbinden lassen. Dazu gehören Sensoren wie Raumtemperaturfühler, Taster und Dämmerungssensoren, aber auch Aktorik, die Jalousien, Licht oder die Heizung steuert.

Dafür reicht die klassische Gerät-zu-Gerät-Verbindung nicht mehr aus. 2017 wurde von der SIG die Mesh-Topologie eingeführt, mit der man nun Bluetooth-Automationsnetze mit bis zu 32.000 Knoten aufbauen kann, die untereinander kommunizieren können. Dabei sprechen die Geräte idealerweise direkt miteinander, es werden keine zentralen Verteilerstationen benötigt. Man spricht hier von einem voll vermaschten Netz.

Dabei besitzt solch ein Netz quasi »Selbstheilungsfähigkeiten«: Fällt ein Gerät aus, können die Nachrichten über andere Geräte umgeleitet werden. Auch dem Thema Sicherheit ist Bluetooth gewachsen, denn in einem solchen Mesh-Netzwerk findet die gesamte Kommunikation ausschließlich verschlüsselt statt. Hier verwendet Bluetooth ein Authenticated-Encryption-Verfahren mit 128-Bit-AES-Verschlüsselung, das sowohl Vertraulichkeit als auch Integrität der übertragenen Daten gewährleistet.

Vorteile für das Smart Home

Mit Bluetooth 5 ist die Vernetzung von verschiedenen Smart-Home-Anwendungen noch einfacher geworden. Der Standard ist seit Mitte 2017 verfügbar und bietet im Gegensatz zu Bluetooth 4 enorme Vorteile. Bisher war die geringe Reichweite von Bluetooth-Anwendungen ein Grund für die eingeschränkte Verbreitung im Smart-Home-Bereich. Größere Distanzen sind mit Bluetooth 5 gar kein Problem mehr.

»Der Standard Bluetooth 5 kann problemlos mehrere Aktoren miteinander verknüpfen, wie beispielsweise den Raumtemperaturfühler, die Beleuchtung und auch die Jalousien. Es wird damit relativ einfach, ein Netzwerk für die Gebäude-
automation selbst einzurichten«, sagt Kroll. Die einzelnen Anwendungen können auf diese Weise schnell und einfach per Smartphone oder Tablet gesteuert werden.
»Bluetooth bietet im Allgemeinen viele Vorteile in der Gebäudeautomation und somit auch in der Lichtsteuerung. Es wird keine zusätzliche Hardware benötigt, und die neuen Standards sind sehr vielversprechend. Zudem ist es problemlos möglich, ein Update des Bluetooth-Standards zu vollziehen, sobald sich etwas auf dem Markt tut«, ergänzt Kroll.

Nach Unterlagen der DIAL GmbH

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