Bekannt ist Bluetooth als Technologie zum Streamen von Musik, zur Kopplung von Wearables oder zur Steuerung von Smarthome-Geräten. Das Thema Bluetooth Mesh ist jedoch den wenigsten Menschen bekannt. In diesem allgemeinverständlichen Überblick möchten wir uns ansehen, was ein Mesh-Netzwerk ist sowie grundlegende Aspekte von Bluetooth Mesh beleuchten.
Was ist ein Mesh-Netzwerk?
Bevor wir dazu kommen, was ein Mesh-Netzwerk ist, wollen wir darstellen, wie normalerweise Daten zwischen verschiedenen Geräten übertragen werden. Werfen wir hierzu einen Blick auf Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und auf Stern-Netzwerke.
Punkt-zu-Punkt
Für das Streamen von Musik von dem Smartphone auf einen kabellosen Kopfhörer wird das Smartphone via Bluetooth direkt mit Ihren kabellosen Kopfhörern verbunden. Man benötigt kein weiteres Gerät wie einen Wi-Fi-Router oder ein Gateway. Deshalb kann Musik mit Bluetooth selbst im Freien und offline, etwa auf dem Gipfel eines Berges mitten in Norwegen, gestreamt werden. Experten nennen dies eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Zwei Geräte oder Knotenpunkte kommunizieren direkt miteinander.
Netzwerke
Stern-Netzwerk
Betrachten wir ein anderes Beispiel: wir sind von unserer Reise in den norwegischen Bergen nach Hause heimgekehrt. Nun möchten wir mit unseren Sonos Wi-Fi-Lautsprechern Musik streamen. Hierbei hat unser Smartphone keine direkte Verbindung mit unseren Sonos-Lautsprechern. Vielmehr verbindet sich das Smartphone mit dem Wi-Fi-Router zu Hause. Auch haben alle Sonos-Lautsprecher eine aktive Verbindung zu dem selben Wi-Fi-Router. Der Wi-Fi-Router fungiert also als zentraler Knotenpunkt, mit dem jedes Gerät eine aktive Verbindung hat. Wenn wir jetzt von unserem Smartphone aus einen Befehl senden, wird dieser Befehl an das zentralen Hub (den Wi-Fi-Router) weitergeleitet, von wo aus dieser Befehl an die jeweils adressierten Geräte (Sonos-Lautsprecher) weitergeleitet wird.
Ein Nachteil dieses Netzwerktyps besteht darin, dass der zentrale Knotenpunkt einen sogenannten „Single Point of Failure“ darstellt. Angenommen, der Wi-Fi-Router ist defekt, so bedeutet dies, dass wir überhaupt keine Musik mehr streamen können. Im Fachjargon wird diese Art von Netzwerk als Sternnetz oder Sterntypologie bezeichnet.
Andere Netzwerke
Eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist geeignet, wenn lediglich zwei Geräte miteinander kommunizieren. Ein Beispiel ist das Musikstreaming. Ein anderes Beispiel ist die Verbindung einer drahtlosen Computermaus mit einem Laptop. Sobald Sie mehrere Geräte miteinander verbinden, entsteht eine Art von Netzwerk. Das häufigste Beispiel ist der bereits erwähnte Wi-Fi-Router, der ein Sternnetz symbolisiert. Daneben gibt es aber auch andere Arten von Netzwerken. Ein Busnetzwerk verbindet mehrere Geräte mit einem Kabel direkt miteinander. Dies funktioniert jedoch nur mit einer sehr begrenzten Anzahl von Geräten. Ein Baumnetzwerk verbindet mehrere Sternnetzwerke miteinander (über ein Buskabel mit ähnlichen Einschränkungen). Dann gibt es noch die Grid-Netzwerke, die Sie vielleicht von der Verteilung der Elektrizität über Stromnetzwerke kennen.
Wenn es um Wohnungen, Büros oder Gebäude geht, ist eine Sterntopologie die häufigste Form des Netzwerks. In einem typischen Smarthome haben alle intelligenten Aktoren und Sensoren eine direkte Verbindung zu Ihrem Wi-Fi-Router oder Smarthome-Hub. In größeren Gebäuden werden die Geräte in der Regel verkabelt und in einem Serverraum zusammengeführt, wo sie mit einem zentralen Hub verbunden sind.
Mesh-Netzwerk
Der zentrale Knotenpunkt, sei es ein Router, ein Switch oder ein Smarthome-Hub, sorgt gleichzeitig für Probleme: Je größer das Netzwerk wird, desto teurer und komplexer wird es.
In einem herkömmlichen Netzwerk haben alle Geräte eine kabelgebundene oder drahtlose Verbindung zu einem zentralen Hub. Traditionell wird dies durch die Verkabelung aller Knotenpunkte, zu denen beispielsweise Aktoren, Sensoren, Schalter usw. gehören, in einem Serverraum erreicht. Die Festverdrahtung eines ganzen Gebäudes ist komplex, arbeits- und materialintensiv und daher äußerst kostspielig. Hierfür wären drahtlose Lösungen interessant, welche jedoch vor allem in größeren Gebäuden schnell an ihre Reichweitengrenze stoßen. Genau hier werden die Vorteile eines Mesh-Netzwerks deutlich.
Mesh-Netzwerke können große Areale und Gebäude viel einfacher und kostengünstiger als je zuvor mit drahtloser Konnektivität versorgen. Schauen wir uns an, was ein Mesh-Netzwerk ist.
Ein Mesh-Netzwerk beschreibt ein Netzwerk, in dem Geräte, die auch als Knoten bezeichnet werden, direkt und nicht-hierarchisch miteinander verbunden sind. In einem vollständig verbundenen Mesh-Netzwerk sind alle Knoten mit- und untereinander verbunden. Jeder Knoten kann direkt mit jedem anderen Knoten kommunizieren. In einem Mesh-Netz sind jedoch nicht unbedingt alle Knoten direkt miteinander verbunden. Einige Knoten können auch soweit voneinander entfern sein, dass die Reichweite für eine direkte Kommunikation nicht ausreicht. In diesem Fall kommunizieren die Knoten über andere Knoten miteinander. Das heißt, jeder Knoten in einem Mesh-Netzwerk fungiert als ein Endpunkt sowie gleichzeitig auch als ein Repeater. Fügt man ein neues Gerät in ein Netzwerk ein und befindet sich dieses in Reichweite eines anderen Geräts, wird die Reichweite beider Geräte erweitert. Wenn weitere Geräte hinzugefügt werden, so erweitert sich die Reichweite und die Abdeckung des Netzwerks entsprechend.
Bluetooth Mesh
Stern- oder baumartige Netze sind gut etabliert und standardisiert. Dies war bei Mesh-Netzen nicht der Fall. Einige Technologieunternehmen und Hersteller haben proprietäre drahtlose Mesh-Netzwerke entwickelt, aber bis vor Kurzem gab es keine gemeinsame Standardisierung und Interoperabilität.
2017 führte die Bluetooth SIG, die Organisation, welche die Bluetooth-Technologie überwacht und lizenziert, ein standardisiertes Mesh-Netzwerkprotokoll ein. Bluetooth Mesh setzt auf ein bewährtes und ausgereiftes Bluetooth Ökosystem sowie die Kompatibilität mit 100 % aller Smartphones weltweit mit sich, was ein zentrales Hub de facto überflüssig macht.
Das bedeutet, dass Bluetooth Mesh mit allen Vorteilen von Bluetooth punktet, darunter:
- Energieoptimiertes Bluetooth LE
- Leistungsstarkes Bluetooth 5
- Bewährtes Bluetooth-Ökosystem mit 100 % der Smartphones, welche Bluetooth unterstützen
Anwendungsbeispiel: Smart Home
Ein interessanter Anwendungsfall ist das Smarthome. Bislang war es eine kostspielige Angelegenheit, ein Smarthome zu realisieren. In der Regel wird jeder Schalter, jeder Aktor und jeder Sensor mit einem hochkomplexen Bussystem fest verdrahtet. Dies verursacht erhebliche Kosten bei der Planung, Verkabelung und Installation des Systems, in der Regel mehrere zehn- bis hunderttausende Euro. Als Alternative setzen manche Hausbesitzer auf eine Wi-Fi-, ZigBee- oder Z-Wave-Lösung, welche alle ein zentrales Hub und separate Repeater benötigen.
Ein Smarthome welches auf Bluetooth Mesh basiert, bedarf keiner aufwendigen Planung, teurer Verkabelung oder Experten, die das System programmieren. Man konfiguriert das Bluetooth-Mesh-Netzwerk ganz einfach mit einem Smartphone (zum Beispiel mit der MESHLE-App). Alle Geräte im Haus bauen ein lokales Bluetooth 5 Low-Energy Mesh-Netzwerk auf. Ohne zentrales Hub, Gateway, Repeater und ohne Serverraum ist eine hervorragende Abdeckung an jeder Stelle des Hauses gegeben. Im Vergleich zu festverdrahteten Smart-Home-Systemen lassen sich so Kosten und Komplexität massiv reduzieren.
Résumé
Bluetooth Mesh bietet erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Sternnetzwerken. Es vereinfacht das Smarthome, indem es die Komplexität und Verkabelung auf ein absolutes Minimum reduziert. Mit der zunehmenden Standardisierung von Bluetooth Mesh (oft auch als Qualified Bluetooth Mesh bezeichnet) wird es in den kommenden Jahren einen erheblichen positiven Einfluss auf die IoT- und Smarthome-Industrie haben. Auch wenn der Fokus der Bluetooth SIG im Moment auf der Beleuchtungsbranche liegt, werden wir eine weitreichende Adaption im Smarthome und sogar in der Smart City der Zukunft sehen.
Übrigens: Wenn Sie selbst ein Bluetooth Mesh-Netzwerk testen möchten, ist es am einfachsten, einen unserer MESHLE flex LED-Controller auszuprobieren. Mehrere MESHLE flex Controller bilden automatisch ein Bluetooth Mesh Netzwerk, das Sie mit unserer MESHLE App über Ihr Smartphone steuern und automatisieren können.
