Sedan introduktionen 1998 har trådlös Bluetooth skapat sig en nisch som en av de viktigaste teknikerna för att koppla samman telefoner eller annan bärbar utrustning. Nästa fas i utvecklingen av denna teknik är Bluetooth 5.0 eller BLE5, den senaste versionen av plattformen, och en Low Energy (LE) variant som ger betydande fördelar jämfört med sin föregångare, BLE4.

Baserat på uppdaterade prognoser från ABI Research och insikter från flera andra analysföretag Uppdatering av Bluetooth®-marknaden 2020 undersöker tillväxten och hälsan hos medlemmarna i Bluetooth SIG, trender och prognoser för vart och ett av de viktigaste områdena för trådlösa Bluetooth-lösningar samt förutsägelser, trender och möjligheter på vertikala Bluetooth-marknader.

Enligt årets rapport kommer den årliga leveransen av Bluetooth-aktiverade enheter att överstiga sex miljarder år 2024, där lågenergiteknik bidrar till en stor del av denna aktivitet. Faktum är att Bluetooth Low Energy (LE)-tekniken sätter den nya marknadsstandarden, med en årlig tillväxttakt (Compound Annual Growth Rate, CAGR) på 26%.

År 2024 kommer 35 % av de årliga Bluetooth-leveranserna att vara LE-enheter med single-mode, och med den senaste lanseringen av LE Audio visar prognoserna att leveranserna av Bluetooth LE-enheter med single-mode kommer att tredubblas under de kommande fem åren.

Inom Bluetooth LE-marknaden sätter BLE5 sin prägel på Bluetooth Beacon och Internet of Things (IoT), och skapar nya möjligheter inom områden som smarta byggnader, smart industri, smarta hem och smarta städer med hjälp av mesh-anslutningar.

Några grunder för Bluetooth

Innan vi går in på hur BLE5 står sig i jämförelse med tidigare modeller ska vi ge dig en grundläggande förståelse för tekniken och hur den har utvecklats till sin nuvarande nivå.

Bluetooth är både en trådlös teknik med hög hastighet och låg effekt och en specifikation (IEEE 802.15.1) för användning av radiokommunikation med låg effekt som kan koppla samman telefoner, datorer och andra nätverksenheter över korta avstånd utan kablar.

Länkarna upprättas via billiga sändtagare som är inbyggda i Bluetooth-kompatibla enheter. Tekniken arbetar vanligtvis på frekvensbandet 2,45 GHz och kan stödja upp till 721 kbps dataöverföring, tillsammans med tre röstkanaler. Detta frekvensband har genom internationell överenskommelse reserverats för användning av industriella, vetenskapliga och medicinska apparater.

Standard Bluetooth-länkar kan ansluta upp till åtta enheter samtidigt, där varje enhet har en unik 48-bitars adress baserad på IEEE 802-standarden. Anslutningarna kan vara från punkt till punkt eller från en punkt till flera punkter.

Ett Bluetooth-nätverk består av ett Personal Area Network eller piconet, som innehåller minst två och högst åtta Bluetooth peer-enheter – vanligtvis i form av en enda ”master” och upp till sju ”slaves”.

Master-enheten initierar kommunikation med andra enheter och styr kommunikationslänken och datatrafiken mellan sig själv och de slav-enheter som är associerade med den. En slavenhet får endast påbörja sina sändningar i en tidslucka som följer omedelbart efter den i vilken den adresserades av mastern, eller i en tidslucka som uttryckligen reserverats för dess användning.

Hur Bluetooth har utvecklats

1998 bildade teknikföretagen Ericsson, IBM, Nokia och Toshiba Bluetooth Special Interest Group (SIG), som 1999 publicerade den första versionen av plattformen. Denna första version kunde uppnå en dataöverföringshastighet på 1 Mbps. Version 2.0+EDR hade en datahastighet på 3 Mbps, medan version 3.0+HS ökade hastigheten för dataöverföring till 24 Mbps.

Det för oss till versionerna 4 och 5.

Hur BLE5 kan jämföras med BLE4

Versionerna 1 till 3 av plattformen fungerade via Bluetooth-radio, som förbrukar en stor mängd energi i sitt arbete. Bluetooth Low Energy-tekniken eller BLE skapades ursprungligen för att minska strömförbrukningen hos Bluetooth-periferienheter. Den introducerades för Bluetooth 4.0 och fortsatte att förbättras genom BLE4-serien, vars sista version var 4.2.

När det gäller design och prestanda har BLE5 övertaget över BLE4 i ett antal olika avseenden.

1. Hastighet

BLE5 uppnår en dataöverföringshastighet på 48MBps. Detta är dubbelt så mycket som för BLE4. Bluetooth 5.0 har en bandbredd på 5 Mbps, vilket är mer än dubbelt så mycket som Bluetooth 4.2, vars maximala bandbredd är 2,1 Mbps. Detta ökar effektivt datahastigheten för BLE5 till 2 Mbps, vilket gör att den kan nå en nettodatahastighet på ca 1,4 Mbps, om man bortser från overheadkostnader som adressering. Detta är inte tillräckligt snabbt för att streama video, men det möjliggör ljudstreaming.

2. Räckvidd

Räckvidden för BLE5 är upp till fyra gånger större än för Bluetooth 4.2. En BLE4-lösning kan nå en maximal räckvidd på cirka 50 meter, så med Bluetooth 5.0 är det möjligt att nå upp till 200 meter – även om vissa forskare hävdar att BLE5 kan anslutas upp till 300 meter eller 985 fot. Uppgifterna gäller för utomhusanslutning.

Inomhus fungerar Bluetooth 5 aktivt inom en radie på 40 meter. Jämför detta med BLE4:s inomhusradie på 10 m, och det är tydligt att BLE5 har en fördel när det gäller att använda trådlösa hörlurar en bit bort från telefonen, till exempel, eller för att ansluta enheter i hela huset, i motsats till i ett enda rum.

3. Kapacitet för sändning

Bluetooth 5 stöder datapaket som är åtta gånger större än den tidigare versionen, med en meddelandekapacitet på ca 255 byte (BLE4 har en meddelandekapacitet på ca 31 byte). Detta ger BLE5 betydligt mer utrymme för sin faktiska datalast, och med fler databitar i varje paket ökar också nettodatagenomströmningen.

Bluetooth 5 Beacon har blivit allt populärare, mycket tack vare den ökade räckvidden, hastigheten och meddelandekapaciteten hos BLE5.

4. Kompatibilitet

När det gäller kompatibilitet fungerar BLE4 bäst med enheter som är kompatibla med version 4 av serien, men fungerar inte med enheter som använder Bluetooth 5. BLE5 är bakåtkompatibel med alla versioner av Bluetooth upp till version 4.2 – men med den begränsningen att alla Bluetooth 5-funktioner kanske inte är tillgängliga på dessa enheter.

5. Strömförbrukning

Både BLE5 och BLE4 ingår i ekosystemet för Bluetooth Low Energy, men BLE5 har utformats för att förbruka mindre ström än sin föregångare. Bluetooth 5-enheter kan därför vara igång under längre perioder utan att batterierna belastas för mycket.

Historiskt sett har detta varit ett särskilt problem med smart watches och enheter med mindre formfaktorer, som IoT-sensorer. Med det omarbetade strömförbrukningssystemet i Bluetooth 5 kommer de flesta sådana enheter att öka sin batteritid

6. Motståndskraft

BLE5 utvecklades med hänsyn till att viktiga processer som involverar Bluetooth oftast sker i en överbelastad miljö, vilket påverkar dess funktion negativt. Jämfört med Bluetooth 4.2 fungerar BLE5 mycket mer tillförlitligt i överbelastade miljöer.

7. Säkerhet

I april 2017 upptäckte säkerhetsforskare flera exploateringar i Bluetooth-programvara (gemensamt kallade ”BlueBorne”) som påverkar olika plattformar, inklusive Microsoft Windows, Linux, Apple iOS och Googles Android. Vissa av dessa utnyttjanden kan göra det möjligt för en angripare att ansluta till enheter eller system utan autentisering, och att i praktiken kapa en hel enhet.

BLE5 har tagit itu med en stor del av denna sårbarhet, med säkerhet på bitnivå och autentiseringskontroller med hjälp av en 128-bitars nyckel.

Vad detta innebär för praktiska tillämpningar av BLE5

Med sin låga strömförbrukning, billiga hårdvara och små formfaktorer ger BLE5 utrymme för ett brett spektrum av tillämpningar.

I tidigare versioner användes Bluetooth Low Energy-tekniken främst för lagring, fyrar och andra enheter med låg strömförbrukning, men den hade några allvarliga begränsningar. Till exempel kunde trådlösa hörlurar inte utbyta meddelanden under BLE4.

Med Bluetooth 5.0 kan alla ljudenheter dela data via Bluetooth Classic, och Bluetooth Low Energy är nu mer användbart för bärbara enheter, smarta IoT-enheter, utrustning för fitnessövervakning och batteridrivna tillbehör som trådlösa tangentbord.

BLE5 innehåller också en funktion som gör det möjligt att återskapa ljudet på två anslutna enheter (hörlurar, högtalare, TV-apparater etc.) samtidigt. Varje enhet är ansluten till en gemensam ”kommandocentral” och kan självständigt välja sin prioritet för informationsöverföring – högre överföringshastighet eller ökat avstånd över vilket enheterna kan interagera.

Bluetooth 5 möjliggör också seriella anslutningar mellan enheter. Så för IoT-komponenter kan varje enhet ansluta till ett närliggande element, snarare än att behöva söka upp en avlägsen kommandocentral. Detta har positiva konsekvenser för skalningen av större IoT-distributioner.

På nationell nivå spelar Bluetooth mesh-nätverk en nyckelroll i automatiseringen av morgondagens smarta hem. Stora hemautomationsplattformar som Alibaba och Xiaomi utvecklar Bluetooth mesh-nätverk för att möta en växande efterfrågan på enhetsnätverk i hemmet.

Mesh-nätverk utgör också en grund för kommersiella ljusstyrningssystem som stöds av innovatörer som Osram, Murata, Zumtobel och Delta Electronics. Dessa system använder Bluetooth mesh-nätverk för att skapa storskaliga enhetsnätverk som kan fungera som det centrala nervsystemet i en byggnad. Tillämpningarna omfattar detaljhandeln, turismen och företagssektorn, och kan till och med hjälpa organisationer att skapa en plattform som möjliggör avancerade fastighetstjänster, t.ex. spårning av tillgångar.

På konsumentnivå har Bluetooth LE Audio under BLE5 nu förbättrad prestanda, vilket har möjliggjort stöd för hörapparater och introducerat ljuddelning. Denna plattformsförbättring möjliggör överföring av flera, oberoende, synkroniserade ljudströmmar, vilket ger utvecklare en standardiserad metod för att bygga högkvalitativa och helt trådlösa öronsnäckor. Och med den nya funktionen Broadcast Audio kan en källenhet sända en ljudström till ett obegränsat antal ljudkällenheter, vilket öppnar upp nya möjligheter för innovation.

Så utvecklingen av Bluetooth från BLE4 till BLE5 innebär prestandaförbättringar som går utöver ökade datahastigheter, större räckvidd och mer sändningskapacitet. Och tillämpningar för nu och i framtiden kan omfatta IoT, smartphones, Bluetooth-beacons och många andra enheter.