Voor de ontwikkeling en het 'in de markt zetten' van de bluetooth-techniek is in 1998 besloten tot het oprichten van de 'Bluetooth Special Interest Group' (SIG), waarbij zich al gauw vrijwel alle grote elektronicabedrijven, software-ontwikkelaars en telecombedrijven aansloten. De Bluetooth SIG is de standaardorganisatie die toezicht houdt op de ontwikkeling van de Bluetooth-standaarden en het in licentie geven van de Bluetooth-technologieën en -merken aan de fabrikanten.

 

Voor bluetooth is een frequentie gekozen die wereldwijd beschikbaar is, namelijk de 2,4GHz-band. Bluetooth heeft in de loop van de jaren heel wat ontwikkelingen ondergaan, van BR/BDR tot BLE tot Bluetooth 5.0. De eerste versie van Bluetooth, versie 1.0 gebruikte een frequentie modulatie techniek (GFSK). Deze techniek heeft als nadeel dat hij veel minder snel (<1Mbps) is dan de huidige Bluetooth en een veel lager bereik heeft. Vanaf Bluetooth versie 2.0 is men overgestapt op fase-shift modulatie 5p/4-DQPSK and 8DPSK), waardoor men voornamelijk een veel snellere data transfer kon verwezelijken (2-3Mbps). Onderstaand overzicht geeft het verloop van de Bluetooth technologie door de jaren heen.

bluetooth v1.0 - br

ONTSTAAN: 1999

BEREIK: minder dan 10m

SNELHEID: 721 kbps

TOEPASSING: ontwikkeld voor data overdracht tussen twee bluetooth apparaten. De nadruk lag voornamelijk op draadloze toetsenborden en headsets, gekoppeld met een mobiele telefoon. 

NADELEN: de eerste Bluetooth producten bleken vaak niet goed met elkaar te kunnen communiceren.

VERBETERINGEN: Omdat de 2,4 GHz band steeds drukker werd, was het noodzakelijk dat verbonden apparaten tijdens het overdragen van data de mogelijkheid kregen om, indien nodig, over te schakelen naar een andere frequentie, die niet door andere apparaten gebruikt werd. De toevoeging van deze ‘adaptive frequency hopping’-mogelijkheid, met de komst van v1.2, betekende dat de verbinding tussen twee apparaten veel robuuster werd en de steeds populairder wordende WiFi netwerken minder kans op storing gaven.

 

 

 

Voorbeeld van adaptive Frequency Hopping waarbij Bluetooth nagaat waar er interferentiebronnen zijn en deze uitsluit in de lijst van beschikbare kanalen.

bluetooth v2.0 - edr

ONTSTAAN: 2004

FREQUENTIE: 2.4GHz

BEREIK: 10 - 30m

SNELHEID: 0.7 - 2.1 Mbps, raw data 3Mbps

EDR (Enhanced Data Rate) laat toe om een 2 tot 3 maal hogere snelheid te bereiken dan de DR versie door gebruik te maken van DQPSK and 8DPSK fase shift modulatie.

TOEPASSING: streaming audio

vanwege de hoge data transfer rate (hoger dan bijvoorbeeld het nieuwere v4.0 Bluetooth BLE), wordt deze EDR nog steeds gebruikt voor audio streaming

NADELEN: verbruik: EDR verbruikt max. 10x zoveel vermogen (100mW) als zijn BLE opvolger (10mW). EDR heeft ook een vertraging van 100ms ten opzichte van 6ms voor BLE.

bluetooth v4.0 - ble

 

ONTSTAAN: 2010

FREQUENTIE: 2.4GHz

BEREIK: minder dan 60m

SNELHEID: 0.27 Mbps, Raw data: 1Mbps

BLE (Bluetooth Low Energy) zend en ontvangt alleen als data nodig is. De data wordt verzonden in pakketjes en de zender is dan alleen actief, waardoor er veel energie wordt bespaard.

 

 

TOEPASSING: door zijn laag vermogen is BLE zeer geschikt voor:

-wearables

-coin cell batterij toepassingen

-IoT toepassingen

-Smart Office applicaties

-Smart Lighting

-Sensor toepassingen

NADELEN: de snelheid is beperkt tot 0.27Mbps waardoor het voor audio streaming minder geschikt is dan v2.0 EDR.

BLE kanalen:

Om energie te besparen en een hogere gegevensoverdrachtsnelheid te bieden, bestaat het volledige Bluetooth BLE-communicatieraamwerk uit 40 frequentiekanalen, gescheiden door 2MHz. 3 van deze kanalen (nummer 37,38 en 39) zijn de primaire reclamekanalen, terwijl de overige 37 kanalen secundaire kanalen zijn, ook wel bekend als datakanalen. De Bluetooth-communicatie begint met de 3 primaire reclamekanalen en wordt vervolgens naar de secundaire kanalen overgeheveld. 

bluetooth v5.0 PHY's

Bluetooth 5.0 gebruikt de low-power BLE technologie maar heeft een aantal verbeteringen toegevoegd. De balangrijkste zijn de introductie van de drie PHYs die je kunt selecteren om je maximum range of datasnelheid te bepalen. Ook biedt 5.0 een aantal verbeteringen op gebied van "advertising (reclame)".

De verschillende PHYs zijn belangrijk in de keuze van de geschikte applicatie die je wilt toepassen. Een hoger datasnelheid (PHY LE2M) zal omgekeerd evenredig zijn met het bereik in afstand (0.8x ipv 4x voor LE S=8).

 

BEREIK:

-LE 1M is de PHY die gebruikt wordt in Bluetooth 4.0, met een bereik van 60m.

-LE S=8 heeft met zijn 240m een 4x zo groot bereik

TOEPASSINGEN: deze hangen af van de PHY type die wordt toegepast

-LE 1M heeft dezelfde toepassingen als v4.0

-Smart Home: in de "coded" versie heeft men een tot 4x zo groot bereik, dit is interessant om een volledige dekking te garanderen

-LE 2M: sport, fitness healthcare monitoring vanwege de hoge informatie - datatransfer

-nieuwe industriële applicaties zoals "smart city"

-IoT

-Beacon advertising

VERBETERINGEN:

-verbeterde reclame "advertising" door gebruik te maken van grotere data paketten over 40 ipv 3 kanalen zoals bij versie 4.0 het geval

-audio: mogelijkheid tot "dual audio" (afspelen van muziek op twee apparaten gelijktijdig)

-verbeterde kanaal selectie tijdens "frequency hopping" zodat minder interferenties optreden en data over verzonden kan worden over een breed aantal kanalen

BLUETOOTH PHY'S TYPES
TYPE LE 1M

LE

Coded S=2

LE

Coded S=8

LE 2M
Raw data 1 Mbps 0.5 Mbps 0.125 Mbps 2 Mbps
Bereik Multiplicator 1x 2x 4x 0.8x
 Bluetooth 5 voorwaarde Verplicht Optioneel Optioneel Optioneel

Wil je meer leren over Bluetooth communicatie?

Deze module zal je op een interactieve manier meer leren over het Bluetooth protocol. Je kunt ten alle tijden de module stoppen en op elk tijdstip en vanop elke locatie verder gaan waar je gebleven was. Via een aantal toetsingsmethodes op kennis en vaardigheden leer je deze topic pas echt onder de knie te krijgen! Tevens is er telkens een korte samenvatting met een overzicht van de belangrijkste punten die je geleerd hebt!

Wat leer je in deze module:

  • overzicht technische specificaties en bouwstenen
  • de voor- en nadelen van Bluetooth
  • een toepassing in een standalone oplossing
  • een toepassing in een connected oplossing
  • koppeling met andere systemen
  • security van het netwerk
  • stappenplan en commissioning