Funkstandards für das Internet of Things Bluetooth Low Energy, Wi-Fi 6 und die Zukunft des IoT

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Bluetooth Low Energy hat den Datenaustausch vieler Geräte bei geringem Stromverbrauch ermöglicht. Mit Wi-Fi 6 steht eine Lösung für dichte Netzwerke und eine flexible Datennutzung bereit. Stehen beide Technologien nun in Konkurrenz zueinander oder ergänzen sie sich?

Bluetooth Low Energy ist die Technologie, die den Startschuss für das Internet der Dinge gegeben hat. Das Problem mit dem klassischen Bluetooth war, dass es eine ständige Verbindung benötigte, was wiederum bedeutete, dass die Batterielebensdauer eher begrenzt war und batteriebetriebene Geräte daher häufig aufgeladen werden mussten. Dies schränkte auch die Anwendungsfälle ein, für die es leicht eingesetzt werden konnte.

Bluetooth Low Energy behebt diese Probleme, indem es die Geräte zwischen den Übertragungen in den Ruhezustand versetzt, während die Verbindung aufrechterhalten wird. Außerdem ermöglicht es eine einfache Ad-hoc-Kopplung. Zusammen mit verschiedenen anderen technischen Verbesserungen erlaubt dies den Einsatz einer großen Anzahl von Geräten mit geringem Stromverbrauch, die relativ bescheidene Datenmengen austauschen, dabei aber die weitverbreitete Konnektivität erheblich verbessern.

Der Trend bei Wi-Fi ging bisher in eine andere Richtung – hauptsächlich in Richtung immer schnellerer Datenübertragungsraten, um das Streaming von hochauflösenden Inhalten zu ermöglichen und die Anforderungen des Cloud-basierten Computings zu erfüllen. Der Stromverbrauch spielte keine große Rolle, und auch Fragen des Frequenzspektrums waren nicht das Hauptanliegen. Der Zielmarkt war eine vergleichsweise kleine Anzahl großer, leistungsfähiger Geräte, die eine große Menge an Daten übermitteln.

Bildlich gesprochen war Wi-Fi wie ein Vorschlaghammer und Bluetooth Low Energy wie ein Skalpell – unterschiedliche Werkzeuge für unterschiedliche Aufgaben.

Neue Bluetooth-Entwicklungen

Neue Entwicklungen in beiden Technologien führen sie jedoch allmählich in konvergierende Richtungen. Bei Bluetooth wurde die Datenrate mit der Version 4.2 erhöht, und mit der Version 5.2 wurden neben einem neuen Codec auch Streaming-Funktionen für Audio eingeführt. Dabei handelt es sich zwar nicht um High-Definition-Video, aber Bluetooth Low Energy entfernt sich damit von seinen IoT-Daten-basierten Wurzeln.

Wi-Fi 6 bringt neue Funktionen

Auf der Wi-Fi-Seite ist Wi-Fi 6 eine Entwicklung, die direkt darauf abzielt, die Fähigkeiten von Wi-Fi für IoT-Lösungen zu verbessern. Wie bereits erwähnt, ging es bei früheren Versionen von Wi-Fi vor allem um Geschwindigkeit. Dies wurde durch breitbandige Kanäle erreicht. Die Kehrseite ist, dass in dem begrenzten Spektrum, das für die frei empfangbare Nutzung zugewiesen wurde, nicht sehr viele davon zur Verfügung stehen können. Das ist nicht so schlimm, wenn ein oder zwei Nutzer von einem Heimrouter aus streamen, aber jeder, der schon einmal einen öffentlichen Wi-Fi-Dienst in einer belebten Gegend genutzt hat, weiß, dass die Netze schnell überlastet sein können.

Wi-Fi 6 leiht sich daher ein paar Tricks aus der Welt des Mobilfunks und teilt das Spektrum in Unterträger auf, sodass eine größere Anzahl von Nutzern gleichzeitig übertragen kann, wenn auch mit einer niedrigeren Datenrate.

Diese können recht flexibel eingesetzt werden, sodass verschiedenen Nutzern je nach Bedarf eine unterschiedliche Anzahl von Ressourceneinheiten über denselben Zeitraum zugewiesen werden kann.

Eine weitere Verbesserung ist die Implementierung der Target Wake Time, bei der Geräte nach einem bestimmten Zeitintervall wieder aufwachen und dazwischen in den Schlafmodus wechseln können. Dies zielt darauf ab, den Mindeststromverbrauch eines Wi-Fi-Geräts zu reduzieren.

Um die Fähigkeiten von Wi-Fi in dichten Umgebungen weiter zu verbessern, sind MiMo-Antennen an beiden Enden einer Verbindung integriert. Sie erlauben die gemeinsame Nutzung eines räumlichen Netzwerks. Zusätzliche Funktionen ermöglichen es, sich überlappende Netzwerke mit schwachen Signalen zu ignorieren.

Damit drängt Wi-Fi fest in den IoT-Bereich – dichte Netzwerke, flexible Datennutzung, die es batteriebetriebenen Geräten ermöglicht, begrenzte Datenmengen zu nutzen – all dies klingt ähnlich wie das Angebot, das Bluetooth Low Energy vor zehn Jahren gemacht hat.

Sind Bluetooth Low Energy und Wi-Fi 6 Konkurrenten?

Worauf läuft es also hinaus? Sind diese Technologien jetzt Konkurrenten, bei denen die eine gewinnt und die andere verliert?

Nicht ganz. Es gibt eindeutig eine gewisse Annäherung. Beide sind mehr denn je auf verschiedene IoT-Anwendungen ausgerichtet. Es gibt jedoch noch immer erhebliche Unterschiede – Bluetooth Low Energy bietet nach wie vor weitaus bessere Stromspareigenschaften als Wi-Fi 6, und die Datenübertragungsraten von Wi-Fi sind Bluetooth nach wie vor weit überlegen. Die Bluetooth-Frequenzsprungtechnologie wird sich in störenden Umgebungen immer noch als widerstandsfähiger erweisen, und die Ad-hoc-Konnektivität wird mit Bluetooth immer noch einfacher sein.

Konvergenz wäre der bessere Ausdruck. IoT-Anwendungen werden immer anspruchsvoller und oft reicht eine Funktechnologie nicht aus. Eine Kehrseite der Fortschritte bei Wi-Fi 6 ist, dass der Router zu einem noch komplexeren Gerät als bisher werden muss, das mehr Verbindungen mit unterschiedlichen Anforderungen verwaltet. Der Matter-Standard für die Heimautomatisierung ist ein gutes Beispiel für den Versuch, verschiedene Funkstandards unter einem Dach zu verwalten. Dieser Standard könnte die Verwendung von Wi-Fi für den Austausch großer Datenmengen und Bluetooth für die lokale Gerätekonfiguration vorsehen.

Es ist bemerkenswert, dass Nordic Semiconductor, der Marktführer bei Bluetooth Low Energy, kürzlich sein erstes Wi-Fi-Gerät auf den Markt gebracht hat. Man kann also davon ausgehen, dass bald einige Dual-Radio-Geräte auf den Markt kommen werden, die die neueste Generation beider Technologien unterstützen.

Auswahlmöglichkeiten für Systementwickler

Für Systementwickler stellt sich weniger die Frage, ob sie sich für das Eine oder das Andere entscheiden sollen, sondern in vielen Fällen eher, welche Systemfunktionen welche Drahtlostechnologie nutzen sollen.

Man könnte eine Analogie zur Entwicklung der Mobiltelefone herstellen – anfangs hatten sie nur eine Verbindung zum Mobilfunknetz, und im Laufe der Zeit entwickelten sie sich zu den Multi-Funk-Geräten, die wir heute bei uns tragen. IoT-Anwendungen entwickeln sich in die gleiche Richtung, denn sie begannen mit einer einfachen Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen dem Gerät und einem als Gateway fungierenden Gerät. Inzwischen gibt es viele verschiedene Lösungsarchitekturen, darunter Multi-Radio, Mesh-Netzwerke, Lang- und Kurzstrecken und verschiedene andere Kombinationen.

Unter dem Strich fügen beide Technologien neue Funktionen hinzu, wodurch einfach mehr Dinge möglich werden. Beide Technologien werden in absehbarer Zeit nicht verschwinden.

Über den Autor

Dr. Nick Wood ist Direktor, Vertrieb und Marketing, bei Insight SIP.

Dieser Beitrag stammt von unserem Schwesterportal Industry of Things.

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