Einführung
Wir leben in einer zunehmend drahtlosen Welt. Jedes Jahr werden weltweit über 5 Milliarden Bluetooth-fähige Geräte produziert und ausgeliefert. Als führende Technologie in der drahtlosen Kommunikation sind die Innovationen und ständig aktualisierten Spezifikationen von Bluetooth für alle Branchen von entscheidender Bedeutung. Am 3. September veröffentlichte die Bluetooth SIG (Special Interest Group) die neueste Version der Bluetooth-Spezifikation - Bluetooth 6.0. Die wichtigste Neuerung ist die Bluetooth Channel Sounding-Technologie, die eine präzise Abstandserkennung zwischen Bluetooth-Geräten ermöglicht. Zu den weiteren Aktualisierungen gehören die entscheidungsbasierte Werbefilterung, die Überwachung von Werbetreibenden, Verbesserungen des Isochronous Adaptation Layer (ISOAL), der erweiterte Funktionssatz für LL und eine Aktualisierung des Frame Space. In diesem Blog werden wir uns mit diesen neuen Technologien und ihren zukünftigen Anwendungen beschäftigen.
Aktualisierungen in Bluetooth 6.0
Mit der Version 6.0 der Bluetooth Core Specification werden mehrere neue Funktionen und Verbesserungen eingeführt, darunter Bluetooth Channel Sounding, entscheidungsbasierte Werbefilterung, die Überwachung von Werbetreibenden, Verbesserungen am Isochronous Adaptation Layer (ISOAL), der erweiterte Funktionssatz für LL und eine Aktualisierung des Frame Space. Sehen wir uns diese neuen Funktionen und Verbesserungen im Detail an.
Bluetooth-Kanal-Sounding
Bluetooth Channel Sounding ist eine neue Funktion, die in der Bluetooth Core Specification Version 6.0 hinzugefügt wurde und eine sichere Feinortung zwischen zwei Bluetooth-Geräten mit hoher Sicherheit ermöglicht. Kurz gesagt, Bluetooth Channel Sounding bietet zwei wichtige Vorteile für die Bluetooth-Ortung: verbesserte Genauigkeit und erhöhte Sicherheit.
Im Jahr 2019 erhielt Bluetooth mit der Veröffentlichung des Standards 5.1 ein großes Upgrade. Mit diesem Update wurden zwei neue Möglichkeiten zur Bestimmung des Standorts eines Geräts eingeführt. AoA (Ankunftswinkel) und AoD (Abflugwinkel) - Dadurch wird die Bluetooth-Ortung viel präziser. Bluetooth 5.1 AoA-Innenraumortung bietet eine Genauigkeit von bis zu wenigen Zentimetern und revolutioniert damit Anwendungen wie Asset Tracking, Indoor-Navigation und Smart Home Systeme. Darüber hinaus bietet die neueste Bluetooth Channel Sounding-Technologie zwei fortschrittliche Methoden zur Entfernungsmessung: PBR (Phase-Based Ranging) und RTT (Round-Trip Timing). Diese Methoden ermöglichen es Geräten, ihre Entfernung zueinander mit unglaublicher Genauigkeit zu bestimmen, selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind.
Genauigkeit: Bluetooth Channel Sounding verwendet PBR (Phase-Based Ranging), das Entfernungen von bis zu 150 Metern messen kann, bevor es zu Mehrdeutigkeiten kommt. Durch die Kombination von RTT (Round-Trip Timing) mit PBR können Anwendungen diese Mehrdeutigkeit erkennen und auflösen, wodurch genauere Entfernungsmessungen über größere Entfernungen möglich werden.
Sicherheit: Sicherheitsprobleme bei Lösungen zur Entfernungsmessung bestehen in der Regel darin, dass ein nicht vertrauenswürdiges Gerät einem vertrauenswürdigen Gerät vorgaukelt, ein anderes vertrauenswürdiges Gerät sei nahe genug, um bestimmte Aktionen zuzulassen oder zu genehmigen.
Der kombinierte Einsatz von PBR und RTT ist eine der Strategien von Bluetooth Channel Sounding, um dieser Bedrohung zu begegnen. Da diese beiden Methoden völlig unterschiedlich funktionieren, ist die Wahrscheinlichkeit, dass beide gleichzeitig angegriffen oder manipuliert werden, um irreführende Ergebnisse zu erzielen, äußerst gering. Die hohe Sicherheit, die durch die gegenseitige Prüfung von PBR und RTT geboten wird, bietet Entwicklern mehr Möglichkeiten.
Anwendungen: Bluetooth Channel Sounding bietet eine Reihe von Vorteilen, aber wie kann es unser tägliches Leben und unsere Geschäftsabläufe verbessern?
Für den Endnutzer von Bluetooth-‘Find My’-Lösungen, der am weitesten verbreiteten drahtlosen Technologie mit geringem Stromverbrauch, wäre es einfacher und schneller, verlorene Gegenstände zu lokalisieren, sei es in Richtung oder Entfernung. Bei digitalen Schlüssellösungen kann Bluetooth Channel Sounding die Sicherheit und das Benutzererlebnis verbessern, indem es sicherstellt, dass sich ein Schloss nur dann öffnet, wenn sich das autorisierte Gerät in einer bestimmten Entfernung befindet.
Bluetooth Channel Sounding bietet außergewöhnliche technische Flexibilität in Bezug auf Sicherheit, Genauigkeit und Latenzzeit. Dies gibt Entwicklern ein Höchstmaß an Innovationsfreiheit und ermöglicht die Schaffung unendlicher Möglichkeiten zwischen Bluetooth-Geräten und ebnet den Weg für eine innovativere, drahtlose Welt.
Entscheidungsbasierte Werbefilterung
Bluetooth definiert zwei Übertragungsarten: Daten- und Werbeübertragungen. Bei BLE (Bluetooth Low Energy) gibt es insgesamt 40 physikalische Kanäle, von denen 3 speziell für Werbung vorgesehen sind. BLE unterstützt verwandte Datenpakete, die sowohl auf primären als auch auf sekundären Funkkanälen übertragen werden. Die entscheidungsbasierte Werbefilterung optimiert die Art und Weise, wie Geräte mit eingehenden Werbedaten umgehen. Mit dieser Funktion kann ein Scan-Gerät die Relevanz von Datenpaketen bewerten, die auf dem primären Kanal übertragen werden, bevor es detaillierte Daten vom sekundären Kanal empfängt. Auf diese Weise kann das Gerät entscheiden, ob es Daten aus dem sekundären Kanal empfangen möchte oder nicht, wodurch die Verarbeitung irrelevanter Daten reduziert wird. Dadurch wird die Effizienz der Datenverarbeitung erheblich verbessert und der Stromverbrauch des Geräts effektiv gesenkt.
Überwachung der Inserenten
Ein Werbeträger ist ein Gerät, das mit Hilfe von Werbepaketen Informationen an Geräte in der Nähe sendet. Die Host-Komponente eines Beobachtergeräts kann den Bluetooth LE-Controller anweisen, doppelte Werbepakete zu filtern, was bedeutet, dass der Host nur ein einziges Paket von jedem einzelnen Werbeträger erhält. Dies reduziert die Verarbeitungslast auf dem Host-Gerät und macht es effizienter. Es bedeutet jedoch auch, dass der Host nicht weiß, ob ein Gerät die Reichweite verlassen hat, bis das Beobachtungsgerät versucht, eine Verbindung herzustellen. Dies kann dazu führen, dass das Beobachtungsgerät unnötigerweise weiter scannt, wenn es eigentlich eine Verbindung zu einem Gerät herstellen sollte, was zu Energieverschwendung führt. Die Funktion zur Überwachung von Advertisern hilft, diese Energieverschwendung zu vermeiden, indem sie den Host informiert, wenn sich ein Gerät in und aus der Reichweite bewegt.
ISOAL-Erweiterung
ISOAL (Isochronous Adaptation Layer) erleichtert die Übertragung von Echtzeitdaten wie Audio, indem es die Lücke zwischen den oberen Schichten (z. B. dem Audioprofil) und den unteren Schichten (z. B. der Verbindungsschicht) des Bluetooth-Stacks überbrückt. ISOAL empfängt SDUs (Service Data Units) von den oberen Schichten und wandelt sie in PDUs (Protocol Data Units) um, die über die Bluetooth-Verbindung an das empfangende Gerät gesendet werden. Es gibt zwei Arten von PDUs: gerahmte PDUs und ungerahmte PDUs.
Die gerahmten PDUs sind in Rahmen gekapselt, die die physikalischen Einheiten darstellen, die über die Bluetooth-Verbindung übertragen werden. Diese Rahmen enthalten Header-Informationen wie den Pakettyp, die Sequenznummer, den Fehlererkennungscode und mehr. Während gerahmte PDUs die Datenintegrität und Sequenzierung garantieren, können die Header-Informationen für jedes Datenfragment zu Latenzzeiten führen. In Bluetooth 6.0 führt ISOAL einen neuen Frame-Modus ein, der die Latenzzeit reduziert und gleichzeitig die Datenintegrität aufrechterhält. Diese Verbesserung erhöht die Qualität und den reibungslosen Ablauf von Audio- und Videoübertragungen.
LL Erweiterter Funktionssatz
Mit dem LL Extended Feature Set wird ein Mechanismus eingeführt, der es Bluetooth-Geräten ermöglicht, ein breiteres Spektrum an Funktionen zu unterstützen als in früheren Bluetooth-Standards festgelegt. Durch die Bereitstellung von Indikationsbits für die künftige Verwendung im Jahr 1984 stellt diese Erweiterung sicher, dass sich die Bluetooth-Technologie an neue Anwendungen und Anforderungen anpassen kann.
Frame Space Update
Der Frame Space bezieht sich auf das Zeitintervall zwischen dem Senden zweier aufeinander folgender Datenpakete auf der Verbindungsschicht in Bluetooth. In Bluetooth 5.0 und späteren Versionen wird der Frame Space mit dem symbolischen Bezeichner T_IFS bezeichnet, der einen festen Wert von 150 µs hat. Dieses feste Intervall trägt dazu bei, Datenkollisionen zu vermeiden und eine reibungslose Datenübertragung zu gewährleisten. Bluetooth 6.0 bietet jedoch mehr Flexibilität, da der Rahmenabstand entweder kürzer oder länger eingestellt werden kann.
Ein längerer Frame-Space-Wert kann für Steuergeräte mit relativ geringer Verarbeitungsleistung von Vorteil sein, da sie dann mehr Zeit für die Verarbeitung längerer Datenpakete haben. Ein kürzerer Frame-Space-Wert kann den Gesamtdatendurchsatz verbessern, was z. B. für Anwendungen von Vorteil sein kann:
- Senden der Massendaten eines Fitness-Trackers an ein angeschlossenes Gerät wie ein Smartphone oder einen Laptop in einem Zug
- Firmware-Aktualisierungen
- Schnelleres Senden von BLE-Audiodatenpaketen, um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen mit anderen Geräten zu verringern
Aktualisierungen des Rahmenraums verbessern die Flexibilität der Datenübertragung zwischen Bluetooth-Geräten, so dass diese in komplexen Umgebungen besser funktionieren.
Schlussfolgerung
Die Bluetooth-Technologie entwickelt sich ständig weiter und wird zunehmend in unser tägliches Leben und in industrielle Anwendungen integriert. Bluetooth Channel Sounding ermöglicht Geräten ein echtes Entfernungsbewusstsein und eröffnet damit Möglichkeiten für unzählige neue Anwendungen. Entscheidungsbasierte Werbefilterung wird die Effizienz der Datenverarbeitung erhöhen und den Stromverbrauch von BLE-Geräten senken. Durch die Überwachung von Werbetreibenden kann das Umschalten zwischen Geräten schneller und bequemer erfolgen, was das Gesamterlebnis des Nutzers verbessert. Audiogeräte profitieren erheblich von den Fortschritten bei ISOAL, während der erweiterte Funktionsumfang von LL Bluetooth-Geräten ein breiteres Spektrum an Funktionen und Updates ermöglicht. Aktualisierungen des Frame Space verbessern das Benutzererlebnis sowohl für persönliche Geräte als auch für BLE-Geräte weiter. Die drahtlose Bluetooth-Welt wird immer präziser, sicherer, vielfältiger und benutzerfreundlicher.
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