Bluetooth

Ob Laptop, Tablet oder Handy: Die Netzwerktechnologie Bluetooth ist heute so allgegenwärtig, dass zahlreiche Geräte damit einhergehen. Doch was ist Bluetooth eigentlich? Hinter dem Begriff verbirgt sich eine praktische Technik zum einfachen Datenaustausch über kurze Distanzen. Weitere Informationen erwartet interessierte Leser:innen im nachfolgenden Beitrag.

Was ist Bluetooth?

Bluetooth ist heute in die meisten modernen Mobilgeräte und Computer integriert. Es dient primär dem Austausch von Daten wie Fotos, Dokumenten oder Videos oder dem Anschluss von Zubehör wie Maus oder Tastatur. Es ist ein Funk-Standard, mit dem Anwender:innen verschiedene Geräte drahtlos verbinden können.

Je nach Gerätetyp können diese per Bluetooth in einer Reichweite von 10 bis 100 Metern verbunden werden. Welcher Typ verwendet werden kann, hängt vom Bluetooth-Profil ab. Im Gegensatz zu komplexeren Datenübertragungstechniken wie WLAN setzt dieser Funk-Standard einerseits auf eine besonders kurze Distanz von wenigen Metern und andererseits auf eine besonders einfache Verbindung.

Zwei Bluetooth-fähige Geräte, beispielsweise ein Laptop und ein Mobiltelefon, können Daten wie Musik, Videos oder Bilder austauschen. Das sogenannte „Pairing“ (auf Deutsch „verbinden“ oder „anbinden“) der Geräte erfordert lediglich die Eingabe eines Zugangscodes. Pairing wird auch verwendet, um mit drahtlosem Zubehör wie Freisprecheinrichtungen oder Kopfhörern und Mikrofonen zu kommunizieren.

Geschichtlicher Hintergrund

Was genau bedeutet „Bluetooth“ ?

Bluetooth bedeutet „Blauzahn“. Um zu erklären, wie es zu diesem Namen kam, müssen wir um 960 in das heutige Dänemark reisen. Zu dieser Zeit war Dänemark in separate Wikingerstämme aufgeteilt. Damals gab es einen Wikingerkönig namens Harald Blauzahn, dem es gelang einige dieser Stämme zu vereinen. Unter seiner Krone erschien zum ersten Mal ein riesiges Königreich Dänemark. König Blauzahn überzeugte viele, das Christentum anzunehmen. Es wird ihm ebenfalls nachgesagt, dass er besonders kommunikationsstark war.

Erstmals in den 1990er Jahren war es möglich, verschiedene Geräte drahtlos über ein lokales Netzwerk zu verbinden. Auf der Suche nach einem Namen für die neue Technologie tauchte die Geschichte von König Blauzahn auf. Er vereinte die verschiedenen Stämme durch Kommunikation. Der Markenname wurde schließlich öffentlich verwendet, dank der skandinavischen Unternehmen Ericsson und Nokia innerhalb der Forschungsgruppe SIG. Das ikonische Bluetooth-Logo ist übrigens eine Kombination aus den altnordischen Runen, die die Initialen (HB) von Harald Blauzahn darstellen.

Wer hat Bluetooth wann erfunden?

Die Erfindung von Bluetooth geht auf das bekannte Problem des Kabelsalats zurück: Seit den 1980er Jahren wurden verschiedene Versuche unternommen, kabelgebundene Verbindungstechnologien durch drahtlose Alternativen zu ersetzen. Ein vielversprechender Kandidat war die Infrarot-Technologie. Allerdings haben der hohe Stromverbrauch und die Notwendigkeit, eine direkte Sichtverbindung zwischen den zu verbindenden Geräten herzustellen und aufrechtzuerhalten, die Technologie gehemmt.

In den 1990er Jahren gründete ein Konsortium aus Elektronikunternehmen unter anderem Ericsson, IBM, Intel, Nokia und Toshiba die Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), um eigene technische Lösungen zu entwickeln. Bisher war „Bluetooth“ nur der Codename für das Projekt, wurde aber mangels anderer Vorschläge schnell als endgültiger Markenname übernommen.

Für welche Arten von Geräten wird Bluetooth verwendet?

Die Einsatzmöglichkeiten von Bluetooth sind vielfältig. Wichtige Einsatzgebiete sind:

• Computer und Laptops
• Mobilgeräte
• Freisprecheinrichtungen
• Audioausgabegeräte
• Smart-Home-Technik
• Fitnessgeräte
• Spielwaren
• Kommunikationstechnologie in der Industrie
• Medizintechnik

Nicht zuletzt hat die drahtlose Kommunikationstechnologie die Entwicklung der Industrie durch die Vernetzung von Maschinen und Produktionsanlagen erleichtert und damit den Produktionsprozess weitgehend automatisiert.

Wie funktioniert Bluetooth?

Im Vergleich zu anderen Übertragungstechnologien wie USB, LAN oder WLAN ist Bluetooth auf die Datenübertragung auf kurze Distanz und den einfachen und energieeffizienten Verbindungsaufbau ausgelegt. Für einzelne Dateien oder weniger komplexe Dienste und Anwendungen sind Bluetooth-Verbindungen die ideale Lösung. Mit Bluetooth ausgestattete Geräte haben einen kleinen Mikrochip mit einer Sende- und Empfangseinheit. Jedes Gerät hat eine 48-Bit-Seriennummer, sodass es innerhalb eines Netzwerks eindeutig identifiziert werden kann.

Für die bestmögliche Verbindung mit einem Gerät sollten Anwender:innen immer über die neueste Bluetooth-Version verfügen. Bluetooth 4.0 und die Erweiterungen 4.1 und 4.2 gehören neben 5 zu den neusten, was den Energieverbrauch der Verbindungstechnik stark reduziert. Wenn das Gerät nicht über den neuesten Standard verfügt, müssen sich Anwender:innen trotzdem keine Sorgen machen. Viele Geräte sind mit der neuen Version abwärtskompatibel. Lediglich Geräte, die auf einen niedrigen Energieverbrauch angewiesen sind, wie etwa Smartwatches, benötigen die neuesten Standards. 

Um ein Netzwerk aufzubauen, müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein: Zum einen muss sich das Gerät in der Nähe befinden. Die Reichweite variiert je nach Bluetooth-Klasse und je nach den Anforderungen des Geräts. Lautsprecher verwenden eher Klasse I oder Klasse II, während Smartwatches oder Kopfhörer die energieeffiziente Klasse II für die Übertragung einsetzen. Außerdem muss auf beiden Geräten die Bluetooth-Empfangsvorbereitung aktiviert sein. Auch eine Verbindung mit mehr als zwei Geräten ist möglich. 

Welche Funktechnologie wird für Bluetooth verwendet?

Bluetooth verwendet ISM-Bänder für drahtlose Verbindungen. Es gibt 79 Kanäle im Bereich 2,402 – 2,480 GHz mit jeweils 1 MHz Bandbreite. Da der Frequenzbereich um 2,4 GHz auch für WLAN oder Funkfernsteuerung genutzt wird, führt Bluetooth ein Frequenzsprungverfahren durch.

Das bedeutet, dass Sender und Empfänger nur für den Bruchteil einer Sekunde Daten auf einem Kanal austauschen und dann gemeinsam auf den anderen Kanal umschalten. Wird ein Kanal durch externe Störungen blockiert, betrifft dies nur einen minimalen Prozentsatz der übertragenen Informationen, der problemlos korrigiert werden kann. Dies verbessert die Entstörungsfähigkeit erheblich und macht Bluetooth-Verbindung sehr stabil.

Wie weit reicht Bluetooth?

Die Bluetooth-Reichweite variiert je nach Gerät und kann zwischen einem und 100 Metern betragen. Dies hängt von der Klasse des Geräts ab. Geräte der Klasse 1 haben eine Reichweite von bis zu 100 Metern, Geräte der Klasse 2 bis zu 10 Meter und Geräte der Klasse 3 nur einen Meter. 

Wie schnell ist die Übertragung bei Bluetooth?

Die Übertragungsgeschwindigkeiten haben sich bei den unterschiedlichen Versionen immer wieder geändert:

• Version 1.0 / 1.1: Übertragungsgeschwindigkeit von 723 kbit/s
• Version 1.2: Anhebung auf 1 Mbit/s
• Version 2.0 / 2.1: 2,1 Mbit/s
• Version 3.0: Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 24 Mbit/s
• Version 4.0 / 4.1 / 4.2: maximal 25 Mbit/s
• Version 5: Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 50 Mbit/s

Entscheidend für die tatsächliche Reichweite sind neben der Sendeleistung auch die Empfindlichkeit des Empfängers und die Anordnung der Antenne. Aber auch die örtlichen Gegebenheiten sind ein wichtiger Faktor, der die verfügbare Distanz beeinflusst. Betondecken oder Metallteile können die Reichweite selbst mit Geräten der Klasse 1 auf wenige Meter reduzieren.

Welche Bluetooth-Versionen gibt es?

Seit der Einführung des Bluetooth 1.0 Standards im Jahr 1999 gab es viele Entwicklungsschritte, die Bluetooth Funktion, Datenraten und Reichweite verbessert haben. Weitere Versionen sind 1.0b, 1.1, 1.2, 2.0, 2.1, 3.0, 4.0, 4.1, 4.2 und 5.

Mit der Einführung der Version 4.0 Ende 2010 wurde der Schwerpunkt auf den Umfang reduziert. Vielmehr geht es darum, Strom zu sparen. Mit Bluetooth Low Energy beträgt die maximale Geschwindigkeit der Datenübertragung nur 220 kbit/s, die Übertragung ist aber sehr energieeffizient. Daher ist die Technologie ideal für das Internet der Dinge (IoT), wie Türschlösser, Wettersensoren, Fitnesstracker oder Smartwatches mit begrenzter Akkukapazität.

Im Jahr 2013 hat Bluetooth 4.1 die Adressierungsoptionen als Reaktion auf die wachsende Zahl von Bluetooth-Geräten erheblich erweitert. Neu ist auch die Möglichkeit, jedes Gerät als Host oder Client betreiben zu können. Statt den Umweg übers Smartphone zu nehmen, können sich beispielsweise Pulsuhren und Fitnessbänder jetzt direkt verbinden. In der Version Bluetooth 4.2 aus dem Jahr 2014 lag der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Leistung im LE-Modus. Die Geschwindigkeit kann bis auf das 2,5-fache gegenüber herkömmlichen Niedrigenergievarianten erhöht werden. Zusätzlich wurde die Datensicherheit mit ECC- und AES-CMAC-Standards optimiert.

In der Version vom Juni 2016 wurden Reichweite, Geschwindigkeit und Stromverbrauch mit Bluetooth 5.0 optimiert. Jetzt erreicht er 2 Mbit/s im Energiesparmodus und sogar 3 Mbit/s in Enhanced Data Rate (EDR) bei einer Reichweite von bis zu 200 m. Version 5 eignet sich auch für Rauchmelder, Thermostate, Smart-Home-Komponenten oder IoT-Sensoren, während Version 4 den Fokus auf Wearables wie Kopfhörer, Smartwatches oder Fitnessbänder legte. 

Die Vorteile von Bluetooth 5

Neben der Erhöhung der Reichweite und Datenkapazität bei gleichzeitiger Energieeinsparung ist die Nutzung verbindungsloser Dienste ein weiterer großer Vorteil von Bluetooth 5. Es ist nicht mehr notwendig, vorher manuell ein Gerät zu verbinden (Pairing). Mit seinen Low-Energy-Fähigkeiten eignet sich Bluetooth 5 auch für sogenannte Beacons. Mit kleinen Bluetooth-Low-Energy-Sendern lassen sich beispielsweise Personen orten oder Pakete in Logistikzentren verfolgen. Der Beacon hat keine Pairing-Funktion, was effektiv Zeit spart und den Energieverbrauch senkt.

Was ist ein Bluetooth-Profil?

Während Bluetooth die Grundlage für den drahtlosen Datenaustausch mit anderen Geräten legt, definieren Bluetooth-Profile, welche Daten und Funktionen ausgetauscht werden können. Headsets und Freisprechtelefone erfordern ein HSP- (Headset Profile) oder HFP- (Hands Free Profile) Profil.

Andererseits wird zum Beispiel das Profil „AVRCP“ (Audio/Video Remote Control Profile) benötigt, um einen geeigneten Mediaplayer zu steuern. Mittlerweile gibt es eine ständig wachsende Anzahl verschiedener Profile. Beispielsweise wurde bei Bluetooth 4.0 das Profil „GATT“ (Generic Attribute Profile) neu geschaffen, um eine energieeffiziente Übertragung kleiner Datenmengen (Sensordaten) zu ermöglichen.

Wie sicher sind Funk-Standards?

Funk-Standards sind theoretisch fragil. Um ein Bluetooth-Gerät zu hacken, fragen Kriminelle häufig die PIN ab oder unterbrechen bestehende Verbindungen, um den Benutzer zur Eingabe einer neuen PIN zu zwingen. Der Nachteil für Cyberkriminelle ist jedoch, dass sie sich auch in der Nähe des Geräts befinden müssen, auf das sie zugreifen möchten. Bluetooth gilt trotzdem als sicherer Übertragungsstandard. Zumal Benutzer:innen viele Kontrollmechanismen haben, können sie die Verbindung sicherer machen.

Benutzer:innen können die automatische PIN-lose Bluetooth-Verbindung in den Geräteeinstellungen deaktivieren. Außerdem können in vielen Fällen individuelle PINs für einzelne Geräte erstellt werden, sodass Anwender:innen nicht auf den Standardschlüssel des Herstellers angewiesen sind. Es wird nicht empfohlen, Bluetooth dauerhaft zu aktivieren. Hier kann der Stealth-Modus helfen, der den Bluetooth-Namen eines Geräts anonymisiert.

Ausblick in die Zukunft: IoT-Anwendungen und Bluetooth

Expert:innen sehen vor allem in IoT-Anwendungen ein enormes Wachstumspotenzial. Denn hier werden immer mehr kleine, energieeffiziente Bluetooth-Komponenten für den automatischen Kommunikationsaufbau oder die Vernetzung benötigt. Ein weiteres Anwendungsgebiet stellen Kraftfahrzeuge dar, wo mittlerweile Bordcomputer Standard sind, die automatisch Bluetooth-Verbindungen herstellen.

Aber auch in der Industrie- und Automatisierungstechnik kommt die zuverlässige und störsichere Bluetooth-Technologie zum Einsatz. Bluetooth-Chips bilden die ideale Basis für die drahtlose Steuerung von Maschinen und Anlagen. Bluetooth-Tracker, die eher zum Auffinden von Dingen verwendet werden, sind kleine Geräte, die sich per Bluetooth-Technologie mit einem Smartphone verbinden. 

Wie ToolSense helfen kann

Mit ToolSense digitalisieren Anwender:innen all ihre Maschinen und Anlagen. Für jede Maschine erhalten Benutzer:innen die gleichen Datenpunkte bei gleicher Qualität: Standort, minutengenaue Laufzeit, Batteriespannung und Belastung. ToolSense IOT ist also perfekt für Geräte und IoT-Hardware für das Service- und Maschinenmanagement. Mit ToolSense können Anwender:innen:

• Geräte verwalten und inventarisieren
• IoT-Maschinen aller Hersteller digitalisieren
• Digitale Prüfungen planen und dokumentieren
• Serviceprozesse transparent machen und diese effektiv steuern

Fazit

Bluetooth als drahtlose Technologie galt als komplex und langsam im Vergleich zur einfachen und schnellen Datenübertragung über Kabel. Doch diese Ansicht ist längst überholt, denn spätestens mit der stromsparenden Version 4.0 rückte Bluetooth in den Vordergrund als treibende Kraft hinter dem bahnbrechenden Internet of Things (IoT). Smarten Alltagsgegenständen wie Fitnesstracker, Smart-Home-Geräten und In-Car-Computern, aber auch Kommunikationstechnologien in der Industrie gehört die Zukunft, da sind sich Wirtschaftsexpert:innen einig. Daher können wir davon ausgehen, dass Bluetooth noch lange seinen Ruf als Industriestandard behalten wird.

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