Definition Was ist Bluetooth?

Mit Bluetooth lassen sich Geräte wie Smartphones, Kopfhörer, Lautsprecher oder Computerperipheriegeräte über kurze Distanzen schnell und einfach drahtlos koppeln. Haupteinsatzbereich ist der Ersatz von Kabelverbindungen. Im Vergleich zu anderen Funkstandards wie Wi-Fi sind die überbrückbaren Entfernungen und erzielbaren Übertragungsraten aber relativ gering.

Der Name des Funkstandards Bluetooth leitet sich vom bedeutenden Wikingerkönig Harald Blauzahn ab, der im zehnten Jahrhundert verfeindete Teile Norwegens und Dänemarks zu einem Königreich zusammenführte. In der Kommunikationstechnik handelt es sich um einen in den 1990er Jahren von der Bluetooth Special Interest Group (SIG) entwickelten Übertragungsstandard zur drahtlosen Überbrückung kurzer Distanzen. Das Logo des Standards stellt das Monogramm von König Blauzahn "HB" in Runenschrift dar.

Mit Bluetooth lassen sich Geräte koppeln und Daten, Sprache oder Musik sowohl verbindungslos als auch verbindungsorientiert Punkt-zu-Punkt und in Ad-hoc- oder Pico-Netzen übertragen, ohne dass dafür Kabelverbindungen notwendig sind. Der Funkstandard entspricht dem IEEE-Standard 802.15.1. Wesentlichen Anteil an der Entwicklung des Funkstandards hatten der Schwede Sven Mattisson aus dem Unternehmen Ericsson und der niederländische Professor Jaap Haartsen. Auch Nokia und Intel beteiligten sich aktiv an der Entwicklung. Zu den Haupteinsatzbereichen zählen der Ersatz von Kabelverbindungen zwischen Geräten wie Mobiltelefonen und Freisprechanlagen oder Headsets, Computern und Peripheriegeräten, Smart-Home-Geräten oder Wearables.

Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen Bluetooth und Wi-Fi/WLAN?

Bluetooth und Wi-Fi/WLAN sind beides Standards zur drahtlosen Kommunikation. Die beiden Technologien unterscheiden sich aber grundlegend. Wi-Fi-Netze benötigen eine unterstützende Infrastruktur mit WLAN-Routern oder WLAN-Accesspoints und verbinden viele Endgeräte mit hoher Bandbreite zu einem funkbasierten, drahtlosen Netzwerk für beliebige Kommunikationszwecke.

Bluetooth ist eher für die Vernetzung auf Gerätebasis (zwei oder nur wenige Geräte) und für beschränkte Anwendungsfälle gedacht. Der Funkstandard koppelt die Geräte über kurze Distanzen mit relativ geringen Bandbreiten.

Wi-Fi arbeitet in verschiedenen Frequenzbereichen (2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz), während Bluetooth nur das 2,4-GHz-Frequenzband nutzt. Eine Erweiterung auf das 6-GHz-Band ist aber angedacht. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist, dass Wi-Fi-Geräte überwiegend über festgelegte beziehungsweise ausgehandelte Kanäle kommunizieren. Bluetooth-Geräte wechseln die Kanäle über das Frequenzsprungverfahren ständig. Hardwaretechnisch sind Wi-Fi und Bluetooth heute meist auf denselben Netzwerkkarten oder Netzwerkmodulen realisiert.

Wie funktioniert Bluetooth?

Der Funkstandard Bluetooth arbeitet auf dem lizenzfrei nutzbaren 2,4-GHz-Funkband im Frequenzbereich zwischen 2,402 und 2,480 Gigahertz. Es stehen dort 79 Kanäle mit einer Bandbreite von jeweils einem Megahertz zur Verfügung. Um Störungen zu vermeiden, macht Bluetooth regen Gebrauch von der Frequenzsprungtechnik und wechselt ständig die Kanäle.

Zwischen den Geräten können Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen mit bis zu acht Bluetooth-Geräten hergestellt werden. In einem Piconet übernimmt ein Gerät die Rolle des Masters. Die anderen fungieren als Slaves. Der Master ist für die Steuerung der Kommunikationsvorgänge verantwortlich. Geräte, die nicht aktiv kommunizieren, lassen sich in eine Art Schlafmodus versetzen. Die Synchronisation bleibt in diesem Modus erhalten.

Das Adressierungsschema ist mehrschichtig. Die Bluetooth-Geräte haben weltweit eindeutige, vom Hersteller vergebene 48-Bit-Adressen, vergleichbar mit den Ethernet-MAC-Adressen. In einem Piconet kommen darüber hinaus 3-Bit-Adressen (AMA, Active Member Address) zum Einsatz. Über diese Adressen können sich bis zu acht aktive Geräte (sieben Slaves und ein Master) gegenseitig identifizieren. Zusätzlich werden 8-Bit-Passive-Member-Addresses (PMA) verwendet, über die eine größere Anzahl (bis zu 255) gerade nicht aktiver Geräte adressierbar sind. Für BLE- (Bluetooth Low Energy) und Mesh-Konstellationen existieren zudem zusätzliche, teils dynamische Adressen.

Um zwei Bluetooth-fähige Geräte miteinander zu koppeln, muss Bluetooth auf beiden Geräten aktiviert sein. Anschließend lassen sie sich über ein einmalig durchzuführendes Pairing verbinden. In der Regel ist für das Pairing ein Sicherheitscode, oft eine vierstellige PIN, einzugeben und zu bestätigen. Gepaarte Geräte verbinden sich danach immer wieder automatisch und können anschließend Daten austauschen.

Über Profile ist festgelegt, welche Funktionen ein Bluetooth-Gerät unterstützt. Damit zwei Geräte miteinander kommunizieren können, müssen sie das gleiche Profil unterstützen. Beispiele für oft verwendete Bluetooth-Profile sind HFP (Hands-Free Profile) für das Freisprechen bei Telefonaten oder A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) für qualitativ hochwertige Stereo-Audiowiedergaben beim Musik-Streaming.

Je nach Sendeleistung der Geräte sind verschiedene Distanzen überbrückbar. Es sind drei Klassen definiert:

• Klasse 1: bis 100 mW Sendeleistung – Reichweiten circa bis 100 Meter

• Klasse 2: bis 2,5 mW Sendeleistung – Reichweiten circa bis 50 Meter

• Klasse 3: bis 1 mW Sendeleistung – Reichweiten circa bis 10 Meter

Die tatsächlich erzielbaren Reichweiten und Übertragungsraten variieren stark und sind unter anderem von der verwendeten Bluetooth-Version abhängig. Während die maximalen Datenraten bei den ersten Versionen bei circa 700 Kilobit pro Sekunde lagen, lassen sich mit Bluetooth Version 5 oder 6 Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu mehreren Megabit pro Sekunde übertragen.

Welche Bluetooth-Versionen gibt es?

Seit der ersten Version 1.0 aus dem Jahr 1999 wurde Bluetooth kontinuierlich weiterentwickelt. Mit jeder neuen Version konnten Eigenschaften wie Reichweite, Übertragungsrate, Stabilität oder Energieeffizienz verbessert werden.

Schon die Versionen 2.0, 2.1 und 3.0 erzielten Übertragungsraten bis in den Megabit-Bereich. Ein Hauptaugenmerk der Entwicklung der im Jahr 2009 veröffentlichten Version 4.0 lag auf der Unterstützung von IoT-Anwendungen (Internet of Things) und der Optimierung der Leistungsaufnahme. 4.0 ist abwärtskompatibel mit den Vorgängerversionen und verwendet eine verbesserte Fehlerkorrektur. Für die Sicherheit sorgt die Unterstützung der AES-Verschlüsselung mit 128 Bit.

In den Jahren 2013 und 2014 folgten die Standards 4.1 und 4.2, 2016 dann Bluetooth 5.0. Bluetooth 5.0 erhöht die Reichweiten und Datenraten bei gleichzeitig verbesserter Energieeffizienz. Der Standard ermöglicht die selbständige Verbindung von Endgeräten ohne manuelles Pairing, wenn dies vom Hersteller vorgesehen ist. 5.0 lässt sich beispielsweise einsetzen für die Verbindung von Rauchmeldern, Smart-Home-Komponenten oder IoT-Sensoren. In den Folgejahren bis 2023 wurde Bluetooth mit den Standards 5.1, 5.2, 5.3 und 5.4 weiter optimiert. Beispielsweise wurden Funktionen zur Richtungs- und Entfernungsbestimmung von Objekten integriert, die Energieeffizienz weiter gesteigert und die Störanfälligkeit in kritischen Umgebungen reduziert. 2024 wurde Bluetooth 6.0 veröffentlicht. Diese Bluetooth-Version bringt unter anderem Verbesserungen bei der Ortung (Channel Sounding), Energieeffizienz und Sicherheit sowie im Audiobereich mit sich.

Was ist Bluetooth Low Energy (BLE)?

Neben dem "normalen" Bluetooth, von der Bluetooth Special Interest Group auch als Bluetooth Classic bezeichnet, gibt es das so genannte Bluetooth Low Energy (BLE), das ebenfalls von der Bluetooth SIG standardisiert wird. Im Vergleich zu ersten Bluetooth-Versionen benötigen BLE-Geräte wesentlich weniger Energie für die drahtlose Kommunikation. Dadurch können Geräte mit relativ kleinen Batterien über lange Zeiträume betrieben werden. BLE wurde mit der Veröffentlichung von Bluetooth 4.0 als optionaler Teil der Spezifikation im Jahr 2009 eingeführt. Vorläufer von BLE waren Wibree oder Bluetooth Ultra Low Power. Ein Unterschied zu Bluetooth Classic ist, dass Bluetooth LE das ISM-Frequenzband nicht in 79 Kanäle mit einer Breite von einem Megahertz, sondern in 40 Kanäle mit einer Breite von zwei Megahertz einteilt.

Die Weiterentwicklung von Bluetooth Low Energy erfolgte in den Bluetooth-Versionen 4.1 und 4.2. Neben der Reduzierung des Energieverbrauchs sorgt BLE für kürzere Verbindungsaufbauzeiten nach passiven Phasen eines Endgeräts. Weitere Verbesserungen sind im Bereich der Sicherheit und der Größe der übertragbaren Datenpakete zu finden. BLE ist auch in den 5er- und 6er-Versionen von Bluetooth integriert.

Was sind typische Anwendungsbereiche für Bluetooth?

Bluetooth findet in vielen Bereichen Anwendung und wird von unzähligen Geräten unterstützt. Ein wichtiger Einsatzbereich ist die kabellose Anbindung von Peripheriegeräten wie Tastaturen, Mäusen, Kopfhörern, Headsets oder Lautsprechern an PCs, Laptops, Smartphones oder Tablets. In den meisten Smartphones, Tablets, PCs und Laptops ist Bluetooth fest integriert. Geräte, die den Funkstandard nicht unterstützten, lassen sich beispielsweise mit Bluetooth-USB-Dongles erweitern. Betriebssysteme wie Windows, Linux oder macOS unterstützen Bluetooth direkt und machen die Installation zusätzlicher Treiber oder Software überflüssig.

Ebenfalls häufig genutzt wird Bluetooth zur Kopplung von Smartphones mit Freisprechanlagen oder Infotainment-Systemen in Autos. Die Kombination mit den Sprachassistenten der Smartphones erweitert den Funktionsumfang zur sprachgesteuerten Nutzung der Services.

Im Smart-Home-Bereich ist Bluetooth für Alarmsysteme, Schließsysteme oder vernetzte Rauch- und Wassermelder nutzbar. Die Medizintechnik verwendet die drahtlose Kommunikationstechnik zum Beispiel für die Einstellung von Prothesen, für die Kommunikation von Insulinpumpen mit einem Blutzuckermessgerät oder für die Kopplung von Hörgeräten mit Smartphones. In der Spielzeugindustrie findet der Funkstandard für die Vernetzung von Puppen oder die Anbindung von Controllern an Spielkonsolen Verwendung. Weitere Anwendungsbereiche sind die Kopplung von Wearables wie Smartwatches oder Fitness-Trackern mit Smartphone-Apps, die HiFi-Musikwiedergabe über drahtlose Kopfhörer oder Lautsprecher, die Zwei-Faktor-Authentifizierung über spezielle Security-Token, die drahtlose Kopplung von Industriemaschinen und -komponenten oder Sensoren und Aktoren, die Hausautomation und Alarmsysteme sowie die Standortverfolgung oder Indoor-Positionserkennung mit Bluetooth-Beacons oder Bluetooth-Trackern.

(ID:45628837)