Expertenbeitrag Uwe Fischbach, Product Manager Heinrich Kopp GmbH Bluetooth 5 in der Gebäudeautomation – Zukunft des Smart Homes

Funktechnologie ist in der Gebäudeautomation schon seit knapp 15 Jahren eines der beherrschenden Themen. Von ZigBee bis hin zu Z-Wave haben sich im Smart Home-Bereich mittlerweile zahlreiche Funkstandards etabliert, die eigentlich weitaus bekanntere Technologie Bluetooth spielte dabei lange Zeit jedoch eine eher untergeordnete Rolle. Wieso das so ist, was die Vor- und Nachteile von Bluetooth sind und warum die neueste Version Bluetooth 5 gute Chancen hat, sich im Smart Home-Bereich noch vor ZigBee & Co. als führender Standard zu etablieren, erklärt Uwe Fischbach, Product Manager Smart Home von Kopp.

Uwe Fischbach - Product Manager Smart Home der Heinrich Kopp GmbH

Noch bevor Funktechnologie in die Gebäudeautomation Einzug hielt, war Bluetooth bereits auf dem Markt. In seinen Anfängen, 1999, diente die Technologie vor allem dazu, Daten über eine kurze Distanz von einem Computer auf ein anderes Gerät, beispielsweise einen Drucker, kabellos übertragen zu können. Über die Jahre und verschiedenen Entwicklungsstufen hinweg hat sich das Einsatzgebiet der Technologie bis heute aber deutlich erweitert: vom Telefonieren mit der Freisprechanlage im Auto über das Hören von Musik mit den kabellosen Köpfhörern bis hin zum Verbinden der Wireless-Tastatur mit dem Computer – Bluetooth wurde zu einem elementaren Bestandteil von Smartphones, Spielekonsolen und sogar zahlreichen Küchengeräten und ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken.

Vor- und Nachteile von Bluetooth im Smart Home-Bereich

Vor allem kabelloses Schalten spielt im Smart Home-Bereich schon seit einiger Zeit eine wichtige Rolle. Deshalb ist es wenig überraschend, dass Bluetooth als Technologie, um verschiedene Gadgets miteinander zu verknüpfen und zentral steuern zu können, in Betracht gezogen wird. Denn es bietet gegenüber seiner Konkurrenz zahlreiche Vorteile: Zum Beispiel ist die Zahl der potentiell kompatiblen und integrierbaren Geräte mit und in ein Smart Home-System nahezu unbegrenzt und die Zuverlässigkeit des Systems hat sich dank jahrelangem Einsatz in den verschiedensten Anwendungsbereichen bereits bewährt. Dadurch ist Bluetooth vor allem auch für Einsteiger im Smart Home-Bereich interessant.

Dazu kommt, dass ein Smart Home-System mit dieser Funktechnologie keinerlei zusätzliche Hardware benötigt, eine App auf dem Smartphone reicht zur zentralen Steuerung völlig aus. Dank des 2009 eingeführten Bluetooth-Standard Low Energy (LE) glänzt das System zudem durch einen niedrigeren Energieverbrauch als jener der Konkurrenz. Es gibt nur einen einzigen Punkt, weswegen die bisherigen Bluetooth-Versionen im Smart Home-Bereich bislang noch nicht zum Funktechnologie-Standard geworden sind: die niedrigere Reichweite im Vergleich zu den 868,3 MHz Funksystemen wie EnOcean. Doch das soll sich jetzt ändern.

Bluetooth 5 – weitreichende Verbesserungen für das Smart Home

Denn mit Bluetooth 5 gibt es nun eine neue Version, die das Potenzial hat, speziell im Smart Home-Bereich noch vor ZigBee & Co zum führenden Funkstandard zu werden. Das Update bietet nämlich diese Verbesserungen im Vergleich zum Vorgänger: eine doppelte Übertragungsgeschwindigkeit, eine vierfache Reichweite und eine achtfache Datenkapazität. Besonders die ersten zwei Aspekte sind für Smart Home-Anwendungen essentiell. So sind bei Bluetooth 5 dank des neuen physischen Layers nun Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 2 Mbit/s (zuvor 1 Mbit/s) möglich. Dies ermöglicht nicht nur eine sehr schnelle Datenübertragung – schließlich soll nicht unnötig Zeit vergehen, bis unser Smart Home auf einen Befehl reagiert – sondern hat gleichzeitig auch einen positiven Einfluss auf den Energieverbrauch der verbundenen Anwendungen.

Die zweite wichtige Weiterentwicklung betrifft die Reichweite. Um diese zu vervierfachen, hat man bei Bluetooth 5 jedoch nicht die Sendeleistung der Technologie erhöht, sondern setzt auf Fehlererkennung, Redundanz und FEC-Codierung (Forward Error Correction) bei der Übertragung der Daten. Dies ist bemerkenswert effektiv, da der Aktor die Information nur ein einziges Mal erhalten muss, um den Befehl auszuführen – und da bei Smart Home-Anwendungen in den meisten Fällen nur kleinere Datensätze (an oder aus, hoch oder runter,... ) verschickt werden müssen, wir also eine geringe Datenmenge haben, ist diese Funktion für den Smart Home-Bereich ideal.

Moderne Mesh-Topologie für umfassende (Betriebs-) Sicherheit

Wichtig bei einer Funktechnologie im IoT-Bereich ist auch immer die Frage, auf welche Art und Weise das Netzwerk aufgebaut wird. Eine klassische Gerät-zu-Gerät-Verbindung reicht aufgrund der Komplexität und der vielen integrierten Gadgets im eigenen Smart Home nicht mehr aus. Bei Bluetooth greift man deswegen auf die sogenannte Mesh-Topologie zurück. Diese ermöglicht, dass man Automationsnetze mit bis zu 32.000 Knoten aufbauen kann, welche untereinander kommunizieren können. Es gibt dabei keine zentralen Hub-Knoten, so dass es keinen Single Point of Failure gibt.

Dadurch erhalten wir eine sehr hohe Betriebssicherheit im Gebäude. Das bedeutet konkret: Gibt es eine Störung der direkten Funkstrecke, können die Nachrichten einfach über andere Geräte zum Ziel-Aktor umgeleitet werden – das System hilft sich also selbst. Neben der Betriebssicherheit ist natürlich auch immer der Datenschutz bei der Übertragung der Informationen von großer Bedeutung. Bluetooth 5 nutzt dafür ein Authenticated-EncryptionVerfahren mit 128-Bit-AES-Verschlüsselung. Dieses gilt weltweit als Industriestandard und wird u. a. auch von Regierungsorganisationen eingesetzt.

Zukunftsausblick – wird sich Bluetooth 5 durchsetzen?

Nachdem Bluetooth als Funktechnologie in der ganzheitlichen Smart Home-Installation bislang nur eine untergeordnete Rolle gespielt hat, stellt Bluetooth 5 nun eine deutliche Verbesserung gegenüber den vorherigen Versionen und auch gegenüber den Konkurrenztechnologien dar. Den Grundstein für die heutige Nutzung im Smart Home-Bereich legte man dabei mit der Implementierung von Bluetooth Low Energy in die 2009 veröffentlichte Spezifikation Bluetooth 4 LE.

In der neuesten Version wurden nun nochmals wichtige Aspekte für einen Einsatz im IoT-Bereich grundlegend überarbeitet und sorgen so dafür, dass die Technologie jetzt sowohl für den Nutzer als auch für den Installateur viele interessante Vorteile bietet. Die einfache Steuerung aller angeschlossenen Geräte – von der E-Ladesäule über die Heizung und die Jalousien bis hin zum Garagentor – über das eigene Smartphone, ohne dabei weiteres Zubehör zu benötigen, erleichtert vor allem für Anfänger den Einstieg in die Smart Home-Technologie.

Wir bei Kopp sind davon überzeugt, dass Bluetooth der zukünftig führende Standard im Bereich der Funktechnologie für Smart Home-Systeme darstellen wird. Denn Bluetooth 5 in Verbindung mit der Mesh-Topologie macht das eigene Zuhause noch innovativer, noch vernetzter, noch zuverlässiger, noch anwenderfreundlicher – und vor allem noch smarter.

Unsere Experten

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Uwe Fischbach - Smart Home Experte der Heinrich Kopp GmbH

Uwe Fischbach ist Product Manager der Heinrich Kopp GmbH, einem der führenden deutschen Hersteller elektrotechnischer Produkte und Komponenten. Als Experte für Smart Home-Systeme ist er unter anderem auf die Fachgebiete Funktechnologie und Produktentwicklung im IoT-Bereich spezialisiert.