Bluetooth Low Energy, die optimale Wireless Lösung für Sensoren und Aktuatoren. connectblue.com.

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1 Bluetooth Low Energy, die optimale Wireless Lösung für Sensoren und Aktuatoren connectblue.com Page 1

2 Wireless is all we do connectblue ist ein führender Anbieter von Wireless Lösungen für industrielle Applikationen Bluetooth WLAN /ZigBee Industrielle und OEM Produkte Kundenspezifische Produkte und Entwicklung Page 2

3 Einführung Wireless Lösungen in einer Vielfalt von anspruchsvollen industriellen Applikationen Wireless LAN, Bluetooth, /ZigBee, Wireless HART - spezifische Eigenschaften Keine dieser Technologien bietet aber optimale Eigenschaften für eine drahtlose Anbindung an Sensoren und Aktuatoren Existierende Lösungen sind zu teuer, zu langsam oder verbrauchen zu viel Energie Es fehlt eine schnelle, robuste drahtlose und energiearme Übertragung für Wireless Sensoren und Aktuatoren Page 3

4 Vergleich Bluetooth LE und andere Wireless Technologien Bluetooth WLAN Bluetooth Low Energy Data throughput Low latency Pairing speed Power consumption Cost / /- + Robustness ++ +/- +/- Range m m 75 m + mesh Local system density /- Roaming +/ Large scale network - +/ m ++ +/ Page 4

5 Wibree -> Bluetooth Low Energy Bluetooth LE (Low Energy), früher Wibree genannt, ist ursprünglich für den Consumer High Volume Bereich entwickelt Juni 2007: Nokia und Bluetooth SIG veröffentlicht zusammenarbeite Juni 2010: Bluetooth 4.0 mit Bluetooth Low Energy ist veröffentlicht Bluetooth 4.0 beinhaltet: Bluetooth Klassik Bluetooth High Speed (HS) Bluetooth Low Energy (LE).

6 Ist Bluetooth Low Energy eine neue Technologie? JA Effiziente Discovery und Verbindungsaufbau Sehr kurze Pakete Asymmetrisches Design für kleine Periphere Geräte Client Server Architektur NEIN Vieles von der klassischen Bluetooth Technologie sind übernommen; Bluetooth Radio, HCI- Logik und Physische Transportschichten und L2CAP Pakete

7 Bluetooth Klassisch Low Energy Bluetooth Klassisch ist ein Kabelersatz für: Headsets Mäuse und Tastaturen Industrielle und Medizintechnische Serielle und Ethernet Kabeln Bluetooth low energy ist ein Applikations- Enabler: Zubehör für Smart Handys Internet connected Geräte Industrielle und Medizin-technische Klein- Geräte

8 Milliarden Markt Bluetooth Low Energy bietet die Möglichkeit Wireless in sehr einfache und kostengünstige Geräte zu integrieren Die Bluetooth SIG schätz ein: Phone accessories > 10 Milliarden Smart Energy (Zähler und Anzeige) ~ 1 Milliarde Home Automation > 5 Milliarden Health, Wellness, Sports & Fitness > 10 Milliarden Assisted Living > 5 Milliarden Animal Tagging ~ Milliarde P2P Intelligent Transport Systems > 1 Milliarde Industrie Automatisierung/M2M 10 Milliarden Diese hohen Volumen und die Möglichkeit der Integration in Handys und Laptops ermöglichen günstige Preise und eine langfristige Verfügbarkeit der Funkbauteile Page 8

9 Das Technologie Konzept Page 9

10 Möglichst niedriger Stromverbrauch Eine Knopfzelle ist ausreichend für 5-10 Jahre Betrieb. Meist im Schlafmodus und wird erst bei einem Ereignis aktiv, um Dateien zu einem Gateway, PC oder Handy zu senden Sehr kurze Verbindungsaufbau (wenige ms) und kurze Mitteilungen Maximum/Peak Stromverbrauch < 15 ma, durchschnittliche Stromverbrauch ~1 μa -ein Zehntel des Energie- Verbrauchs eines Standard Bluetooth Gerätes Page 10

11 Kosteneffizient und rückwärts kompatibel Rückwärts kompatibel mit dem klassischen Bluetooth und für sehr kostengünstige Endgeräte aus gelegt Chipsets in zwei verschiedenen Ausführungen: Dual-mode Technik mit Bluetooth LE und Standard Bluetooth Funktionen Bluetooth LE Stand-Alone Technik, welcher für Kosten, Stromaufnahme, Baugröße und für kleine batteriebetriebene Page 11 Geräte optimiert ist.

12 Robustheit, Sicherheit und Zuverlässigkeit 40 2 MHz breite Kanäle anstatt klassischem Bluetooth 79 1 MHz breiten Kanäle Basierend auf adaptiven Frequenzsprung-Technik 3 Kanäle für Device Discovery und Verbindungsaufbau die zwischen den WLAN Kanälen liegen Sicheren AES 128 Encryption Algorithmus und eine verteilte Schlüsselauswechselung. Page 12

13 Coexistance Von den 3 Advertising- und 37 Datenkanälen liegen die 3 Advertising- und 9 Datenkanäle zwischen den 3 Wireless LAN Kanälen im 2.4 GHz Band Mehrere Wireless Technologien benutzt das lizenzfreie 2.4 GHz ISM Band Störungsfreie Übertragung fordert aufwändige Frequenzplanung Bluetooth und Bluetooth Low Energy: Adaptiven Frequenzsprüngen Black Listing Großen Toleranzen für Interferenz Keine Frequenzplanung nötig Sehr freundlich für andere Wireless-Technologien im 2.4 GHz Band Page 13

14 Einfache Anwendung und Integration Slave Slave Master Slave Stern Topologie Einfache Implementierung Passt sehr gut zu Fertigungsanlagen Insellösungen Meistens ist ein Infrastrukturen/Ethernet Netzwerk vorhanden und es besteht kein Bedarf an Mesh-Netzwerken, um die Reichwerte zu verlängern. Page 14

15 Avertiser und Initiatoren Initiator Advertiser: Advertiser Advertiser Scanner Broadcasts Advertisements Periodisch Immer ein Slave nach Verbindung Scanner: Sucht nach Advertiser und Request für Verbindungen Immer Master nach Verbindung Eine Einheit ist immer Master oder Slave, nie beides Der Master kommuniziert mit den Slaves und er kann auch mit mehreren Slaves gleichzeitig kommunizieren Die Slaves senden nur auf Anfrage vom Master Eine Einheit kann sich mit dem Advertising periodisch bei dem Master melden Ein Advertising-Paket kann auch eine Mitteilung oder Messwerte beinhalten Page 15

16 SW- Struktur State (Zustand) und Attribute sind zentrale Begriffe. Alle Parameter haben einen Zustand, der von dem Server in ein Attribute- Protokoll für den Client zu Verfügung gestellt wird Ein Client kann z.b. Temperaturen Lesen und Temperaturzollwerte Schreiben Alle Attribute haben eine Charakteristik, welcher Signalwert, Präsentationsformat, Client Konfiguration etc. beschreibt Page 16

17 SW- Struktur Applications Generic Access Profile Generic Attribute Profile Attribute Protocol Security Manager Logical Link Control and Adaptation Protocol Host Controller Interface Link Layer Direct Test Mode Physical Layer Apps Host Controller In dem Generic Attribute Profile (GATT) werden Service Gruppe, Eigenschaften, Deklarationen und Beschreibungen zusammengefasst Individuelle Dienste kann kombiniert werden um eine besondere Applikation zu passen In dem Generic Access Profile werden Verbindungsaufbau, Discoverable, Connectable und Bonding beschrieben Page 17

18 Andere wichtige Services und Profile Basic Services, Profile und Applikationen Client Use Case Zeit Service Requests Use Case Batterie Responses Service Char. Automatisierungs-E/A Use Case Gebäudeautomatisierung (Temperaturen, Thermostat, Feuchtigkeit, Beleuchtung (On/Off Switch, Dimmer) Fernbedienung Service Char. Server Service Service Char. Fitness (Step Counter, Heartbeat Monitor) Medizintechnische Geräte (Glucose Meter, Wagen etc.) Page 18 4/14/2011

19 Leistung Schnellere Verbindungsaufbau (wenige ms) auf Grund 3 Kanäle für Device Discovery und Verbindungsaufbau Latenzzeiten Minimum 7,5 ms aber 800 slaves kann innerhalb von 4 Sekunden adressiert sein Reichwerte Meter ohne zusätzlichen Power Amplifier im freien Feld (auf Grund einer veränderten Modulation hat Bluetooth LE ein etwa 3 db besseres Link Budget im Vergleich zum Klassische Bluetooth) Page 19

20 Anwendungsbeispiele Basierend auf den Bluetooth Low Energy Eigenschaften, ist die Technologie überall, wo es darum geht, Zustände zu übertragen, sehr gut geeignet. Page 20

21 Applikationsbeispiele B&B Request Generic IO client Response Eine portablen Bedien- & Beobachtungseinheit (zb einem iphone/android) kann Zustände von dem E/A-Server lesen und schreiben Generic IO server Page 21

22 Applikationsbeispiele E/A Inputs Outputs Indication Indication Inputs Outputs Beide Einheiten funktionieren als Generic I/O Clients und als Generic Server und verwenden Indication, um die digitalen und analogen Zustände auf der anderen Seite zu spiegeln. Page 22

23 Applikationsbeispiel IO Proxy Configuration tool Fieldbus IO Proxy Browse through the attribute database Conf of triggers Read Requests Write Requests IO Indications Read Responses Write Responses Die I/O-Einheit ist ein Generic I/O Server und der Feldbus I/O Proxy ist ein Generic I/O Client Der I/O Device ist, von der Feldbus Konfiguration-PC aus gesehen, ein Feldbus I/O Der Feldbus I/O Proxy durchsucht die I/O Device- Attribute- Datenbank um herauszufinden, welche digitalen und analogen Ein- und Ausgänge für die I/O Geräte verfügbar sind Page 23 Fieldbus

24 Applikationsbeispiel Zugangskontrolle/Schlüssel Proximity Basierend auf dem SSI (Signal Strength Indication) Wert und kann eine Meldung geben, ob der Bediener in der Nähe bzw. in der Zelle ist, um die Bedienfunktion ein- oder auszuschalten. Page 24

25 Schlusswort Kosteneffiziente Stand-Alone Lösungen Multi-Lieferanten Lösung - günstige Preise und langfristige Lieferungen von Bauelementen absichern Sehr robust Adaptive Frequenzsprung Coexistence Große Reichweite Hohe lokale Systemdichte Sehr schneller Verbindungsaufbau Niedrige Latenzzeiten Einfache Stern-Typologie Niedriger Stromverbrauch Gebührenfreie Spezifikationen Page 25 Test Supportsystem von der Bluetooth SIG

26 Vielen Dank! Page 26