Bluetooth

Alle Versionen & Unterschiede in der Übersicht


Von vielen kaum wahrgenommen, schlummert in Smartphones und Tablets viel Potential durch Bluetooth. Die Meisten assoziieren mit dem Protokoll nur die Kopplung eines Headsets, wobei man anschließend darauf achten muss, dass die verbundenen Geräte in direkter Nähe verbleiben, damit die Verbindung nicht abbricht. Auch wird dem Dienst oftmals zugeschrieben, dass Daten nur sehr langsam übertragen werden können. Die aktuellen Versionen haben damit nichts mehr zu tun. Sie geben sich hochmodern, beherrschen IPv6 und sind bereits fit für das Internet der Dinge (IoT). Wir zeigen, wo die Unterschiede liegen und was Bluetooth der neusten Generation leistet.

Bluetooth in Aktion

Die Entstehung von Bluetooth

Bereits als Computer noch in den Kinderschuhen steckten, machte man sich Gedanken, wie dem Kabelwildwuchs Einhalt geboten kann. Durchgesetzt hat sich Infrared Data Association (IrDA), welches auch bei Handys um die Jahrtausendwende eine gewisse Verbreitung fand. Das Drucken eines gespeicherten Kontaktes war so auf einfache Art möglich. Ein großes Manko hatte IrDA, denn es benötigte immer eine Sichtverbindung.

Zu dieser Zeit arbeiteten Nokia, IBM, Toshiba und Ericsson bereits in der Bluetooth Special Interest Group (SIG) zusammen, welche sich 1998 gründete. Bereits im Juli 1999 erblickte Bluetooth in der Version 1.0a das Licht der Welt. Es sollte jedoch noch bis Februar 2001 dauern, bis die erste stabile Version 1.1 veröffentlicht wurde, welche eine Reihe von Kinderkrankheiten beseitigte. Ein früher Vertreter, der dies implementierte, war das HTC Blue Angel Smartphone aus dem Jahre 2004, welches mit Windows CE daher kam.

Wikingerkönig als Namenspatron

Bluetooth war dabei ursprünglich lediglich der Codename. Selbiger ist eine Hommage an den Wikingerkönig Harald Blauzahn, der mit seiner Kommunikationsfähigkeit im 10 Jahrhundert Dänemark weitestgehend vereinen konnte. Weil sich keine neue Bezeichnung finden ließ, und wohl auch wegen der starken dänischen Präsenz durch Nokia und Ericsson in der SIG, beließ man es schlussendlich bei Bluetooth.

Die Anforderungen an Bluetooth

Der neue Standard wurde von Anfang an so konzipiert, dass er mit wenig Energie auskommt. Um Schwierigkeiten bei der Lizensierung von Funkbändern zu vermeiden, wurde das freie ISM-Spektrum bei 2.402 bis 2.480 MHz gewählt. Probleme mit anderen Geräten in diesem Frequenzbereich, wie zum Beispiel 802.11 WLAN-APs oder Mikrowellenherde, vermeidet man durch Zerlegung von Bluetooth auf 79 Kanäle mit 1 MHz. Mittels "frequency hopping" kann der Datenkanal bei Kollisionen bis zu 1.600 mal pro Sekunde gewechselt werden. In der ersten Fassung sollte dabei eine Geschwindigkeit von 732,2 Kbit/s erreicht werden. Mit der Zeit sind die Anforderungen gewachsen. Das Internet-of-Things (IoT), welches künftig Milliarden Geräte beherbergt, kann auch via Bluetooth angesteuert werden. Die Reichweite ist dabei auf stattliche 200 Meter angewachsen. Mit neuen Techniken sind Geschwindigkeiten bis zu 3 Mbit/s möglich.

Bluetooth Klasse Leistung (mW) Indoor Outdoor
Klasse 1 100 ca. 100 m ca. 200 m
Klasse 2 2,5 ca. 10 m ca. 50 m
Klasse 3 1 ca. 1 m ca. 10 m

Bluetooth Version 1.0a & 1.0b – Juli 1999

In der ersten spezifizierten Version gibt es noch viele Unzulänglichkeiten. Besonders Sicherheitsprobleme durch Bluetooth Hardware Device Address Transmission (BD_ADDR) sorgen dafür, dass es praktisch nicht zum Einsatz kommt. Die Versuche der Hersteller, Bluetooth zu implementieren, scheitern größtenteils, denn es gelingt nicht, die Geräte untereinander kompatibel zu gestalten. Die maximale Datentransferrate ist auf 732,2 Kbit/s begrenzt.

Bluetooth Version 1.1 – Februar 2001

Die neue Version ist hauptsächlich ein Bugfix. Die bestehenden Unzulänglichkeiten wurden behoben und es gelingen nun auch Verbindungen mit Geräten unterschiedlicher Hersteller. Neu hinzugekommen ist die Möglichkeit, nicht verschlüsselte Verbindungen aufzubauen sowie ein Indikator für die Signalstärke. Da sich die aktuelle Fassung in weiten Teilen auf Version 1.0b stützt, wird die Geschwindigkeit nicht angehoben. Einer der ersten Vertreter, der Bluetooth implementiert hat, ist das Blue Angel von HTC.

Bluetooth Version 1.2 – November 2003

Nachdem sich gezeigt hat, dass insbesondere WLAN-Verbindungen zu Verbindungsabbrüchen führt, hat man Adaptive Frequency-Hopping spread spectrum (AFH) eingeführt. Kommt es jetzt zu Kollisionen, so wechselt der Kanal bis zu 1.600 Mal pro Sekunde. Durch dieses Ausweichen sind die Verbindungen nun auch dann stabil, wenn im 2,4 GHz Bereich andere Geräte aktiv sind. Die maximale Datenrate wurde auf 1 Mbit/s angehoben.

Bluetooth Version 2.0 – November 2004

Die neue Versionsnummer signalisiert große Neuerungen. Gewidmet hat man sich hauptsächlich der Übertragungsgeschwindigkeit, die nun auf 2 Mbit/s gestiegen ist. Enhanced Data Rate (EDR) Ist jedoch ein optionales Feature. Zur Kennzeichnung eines Handys mit “compliance to Bluetooth v2.0“ muss die EDR-Funktionalität nicht unterstützt werden. Durch einen geringeren Auslastungsgrad schont EDR zusätzlich den Akku.

Bluetooth Version 2.1 – Juli 2007

Herausragendste Neuerung ist das Secure Simple Pairing (SPP). Verbindungen können nun einfacher aufgebaut werden, obwohl die Übertragungssicherheit erhöht wurde. Daneben wurde auch Quality of Service implementiert, so dass gewisse Datenpakete vorrangig bearbeitet werden. Das von der Deutschen Telekom vertriebene MDA III Compact beherrscht bereits Verbindungen in Version 2.1.

Bluetooth Version 3.0 – April 2009

Das Augenmerk liegt erneut auf der Übertragungsgeschwindigkeit. Ein zusätzlicher High-Speed (HS) Kanal soll bis zu 24 Mbit/s ermöglichen. Die initiale Kopplung der Geräte erfolgt dabei wie gehabt über Bluetooth. Große Datenmengen werden dann anschließend per WiFi übertragen. Die Kommunikation erfolgt in diesem Fall Peer-to-Peer und nicht als Multicast. Hierbei kommt es natürlich zu Einschränkungen, denn während Bluetooth das WLAN nutzt steht dieses nicht mehr zum Surfen zur Verfügung. Zusätzlich wurde Ulta-Wide-Band (UWB) spezifiziert. Basierend auf ECMA 368 und WiMedia MAC als Protokollschicht, sind Geschwindigkeiten bis zu 400 Mbit/s möglich. Da sich die Mitglieder des WiMedia Konsortiums nicht einigen können und wichtige Mitglieder das neue System nicht akzeptieren, werden die Arbeiten an dieser Version im Oktober 2009 eingestellt.

Bluetooth Version 4.0 – 4. Quartal 2010

In der neuen Version hat man nicht an der Geschwindigkeitsschraube gedreht. Weiterhin ist 1 Mbit/s brutto möglich. Dafür löst man ein elementares Problem mit dem Energieverbrauch. Bluetooth Low Energy (LE) ermöglicht es, sehr stromsparend Daten zu übertragen, auch wenn dies zu Lasten der Geschwindigkeit geht. Mehr als 220 KBit/s sind im LE-Modus nicht möglich. Technisch gesehen, basiert die neue Funktion auf Nokias Wibree Funkstandard. Hiermit zielt man erstmalig auf das Internet der Dinge (IoT) ab. Devices wie Smartwatches, elektronische Türschlösser, Wettersensoren oder Fitnesstracker haben oftmals nur begrenzte Akkukapazitäten, möchten ihren Zustand aber trotzdem oft übermitteln. Verbindungen können dabei in 5 Millisekunden aufgebaut werden und kommen auf bis zu 100 Meter Reichweite. Das Blackberry Classic und Microsofts Lumia 640 sind Beispiele für Vertreter mit Bluetooth 4.0.

Da Android erst 2013 die Unterstützung für Bluetooth 4.0 mitbrachte, beherrschten viele Geräte davor zwar hardwaretechnisch die neue Version, konnten Sie aber wegen dem fehlenden Protokollstack nicht nutzen.

Bluetooth in Version 4.1 – Dezember 2013

Bei der neusten Ausgabe handelt es sich um ein reines Software-Update. Die zugrunde liegende Hardware hat sich nicht verändert. Geräte, die mit 4.0 laufen, kommen also auf den aktuellen Stand, sofern der Hersteller dies umsetzt.

Um mit einer steigenden Anzahl an Geräten kommunizieren zu können wurde IPv6 implementiert. Der Adressraum ist dabei so groß, dass auch in den kommenden Jahrzehnten keine Knappheit aufkommen wird. Eine kleine aber feine Neuerung ist, dass nun alle Devices sowohl im Host als auch Clientmodus arbeiten können. Das Smartphone muss nicht mehr zwangsläufig als Vermittlungszentrale herhalten. Zum Beispiel kann sich ein Fitnessarmband nun eigenständig mit einem Pulsmesser koppeln. Zum Einsatz kommt die aktuelle Version unter anderem bei dem Google Nexus 6 und Samsung Galaxy Note 4.

Bluetooth in Version 4.2 – Dezember 2014

Augenmerk lag in der Version 4.2 auf der Performance im LE-Modus. Bis zu 2,5x schneller ist die Low-Energy Variante. Sony gehört mit dem Xperia Z2 zusammen mit Samsung mit dem Galaxy S4 zu den Vorreitern. Die anderen Hersteller verweilen aktuell noch bei 4.0 oder 4.1. Dies ändert sich hoffentlich, denn auch in Bezug auf die Sicherheit hat sich etwas getan. Verbindungen innerhalb des aktuellen Standards werden nur noch per ECC sowie AES-CMAC zugelassen. Das entschlüsseln des Datenverkehrs ist damit erheblich schwieriger.

Bluetooth in der Version 5.0 – Juni 2016

Die fünfte Auflage von Bluetooth löst die aktuelle Version 4.2 ab und bringt viele Neuerungen. Sowohl Reichweite als auch Geschwindigkeit und Stromverbrauch haben sich verbessert. Jedoch sind nicht immer alle Vorteile gleichzeitig nutzbar. Bei Bluetooth Low-Energy (LE) verdoppelt sich die Datenrate auf 2 Mbit/s. Dabei kann nun auch Enhanced Data Rate (EDR) verwendet werden, was den Durchsatz nochmals auf 3 Mbit/s anhebt. Wird mehr Reichweite gefordert, so geht es nun hinauf bis auf 200 Meter.

Im normalen Modus kann dabei künftig eine Sendeleistung von bis zu 100 mW genutzt werden, wobei dies aufgrund des hohen Stromverbrauchs wohl eher stationäre Geräte sein werden. Beschränkt man sich in der Geschwindigkeit auf 500 Kbit/s bzw. 125 Kbit/s, kommen im freien Feld Verbindungen auf einer Entfernung von bis zu 200 Meter zustande. Gerade Smartphones dürften vom Periodic Advertising profitieren. Hierbei geben Geräte wie das Fitnessarmband dem Host Bescheid, wann das nächste Datenpaket kommt. In der inaktiven Zeit kann die Verbindung abgeschaltet und der Akku geschont werden.

Zuletzt wurden auch die Bluetooth-Beacons aufgebohrt. Diese liefern statische Informationen wie zum Beispiel Sportresultate oder Museumshinweise. War die Länge dieser Beacons bisher auf 30 Bytes beschränkt, so stehen nun 256 Bytes zur Verfügung. Hiermit lässt sich auch ein vollständiger Adressdatensatz oder ein längerer Link zu einer Homepage übertragen. Die Flaggschiffe der großen Hersteller waren auch bei dieser Version die ersten Geräte, welche mit Bluetooth 5.0 ausgestattet wurden. Hierunter fallen zum Beispiel das Samsung Galaxy S8 und das Apple iPhone 8. Trotz all seiner Neuerungen bleibt Bluetooth 5.0 zu seinen Vorgängern abwärtskompatibel.



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