Bluetooth SCI verkürzt die LE-Verbindungsintervalle auf 375 μs

In einem Artikel von Niclas Granqvist, Senior Technical Leader bei Logitech, und Alfredo Perez, Senior Technical Marketing Manager bei der Bluetooth SIG, wird Bluetooth SCI als Spezifikationsmerkmal vorgestellt, das die Verbindungsintervalle bei Bluetooth LE von 7,5 ms auf 375 μs verkürzt. Das Update ist für HID-Geräte, AR/VR, industrielle Sensoren und RTLS von Bedeutung.

Spezifikationsupdate in Bluetooth Core 6.2

Bluetooth Shorter Connection Intervals (SCI) ist Teil von Bluetooth Core 6.2. Die Funktion reduziert das minimale Verbindungsintervall für Bluetooth-LE-Verbindungen unter die bisherige Grenze von 7,5 ms. Laut Bluetooth SIG senkt SCI das Intervall um den Faktor 20 auf 375 μs.

SCI gilt für Bluetooth-LE-Verbindungen, die den LE-ACL-Transport nutzen. Sein Zweck besteht nicht darin, die reine Funkgeschwindigkeit zu erhöhen, sondern verbundenen Geräten zu ermöglichen, Pakete innerhalb eines bestimmten Zeitfensters häufiger auszutauschen.

Diese Unterscheidung ist für Entwickler und Systemarchitekten wichtig. SCI verändert das Timing-Framework für die Kommunikation zwischen verbundenen Bluetooth-LE-Geräten, funktioniert aber weiterhin mit bestehenden Bluetooth-LE-GFSK-PHYs.

So funktioniert Bluetooth SCI

Bluetooth SCI fügt Verfahren hinzu, die es Zentral- und Peripheriegeräten ermöglichen, Verbindungs-Timing-Parameter auf einer bestehenden ACL-Verbindung auszuhandeln und zu aktualisieren. Die Geräte verbinden sich zunächst über Standard-Bluetooth-LE-Verfahren und tauschen Informationen über unterstützte Funktionen aus.

Wenn beide Geräte SCI unterstützen, kann das zentrale Gerät die Parameter für eine Änderung der Verbindungsrate auswählen und den Aktualisierungsvorgang einleiten. Ein Peripheriegerät kann ebenfalls verlangen, dass das zentrale Gerät einen solchen Vorgang einleitet.

Zu den aktualisierten Parametern gehören das Verbindungsintervall, der Subrate-Faktor, die Peripherie-Latenz, die Fortsetzungsnummer und das LE-ACL-Flush-Timeout. Zusammen ermöglichen diese Mechanismen eine präzisere Anpassung von Bluetooth-LE-Verbindungen an die zeitlichen Anforderungen einer Anwendung.

SCI erforderte Änderungen an mehreren Teilen der Spezifikation, darunter PDUs der Link-Layer-Steuerung, HCI-Befehle und -Ereignisse sowie Mechanismen zum Austausch von Funktionen. Dem Quelltext zufolge wurde der Funk selbst nicht verändert, was bedeutet, dass die Funktion auf Aktualisierungen auf Protokollebene basiert und nicht auf einer neuen physikalischen Schicht.

Relevanz für HID- und Anwendungen mit geringer Latenz

Vor SCI ermöglichte das minimale Verbindungsintervall von 7,5 ms Aktualisierungsraten von etwa 133 Hz. Dies ist für viele Bluetooth-LE-Anwendungen ausreichend, darunter Fitness-Tracker, Smart-Home-Sensoren und medizinische Geräte.

Für Gaming-Peripheriegeräte und andere leistungsstarke Human Interface Devices kann dies jedoch einschränkend sein. Nordic Semiconductor erklärt im Interview mit der Bluetooth SIG, dass Gaming-HID-Geräte wie Mäuse und Gamepads oft Berichtsraten von 1 kHz oder höher anstreben. Mit SCI kann Bluetooth LE Berichtsraten von bis zu 2666 Hz für drahtlose HID-Anwendungsfälle unterstützen.

Dies macht SCI für Hersteller von Gaming-Controllern, Mäusen, Tastaturen, professionellen Eingabegeräten, AR/VR-Controllern und anderen latenzempfindlichen Peripheriegeräten relevant. Die Quelle der Bluetooth SIG verweist zudem auf zukünftige Standardisierungsarbeiten rund um HID-Anwendungen mit extrem geringer Latenz.

Anwendungsfälle in Industrie und IoT

Die Relevanz von SCI beschränkt sich nicht auf Verbraucherperipheriegeräte. Nordic Semiconductor identifiziert auch industrielle Echtzeit-Sensoren, Echtzeit-Ortungssysteme, Bewegungstracker, Sportleistungsüberwachung und AR/VR-Geräte als potenzielle Anwendungsbereiche.

Für Systemintegratoren und Lösungsanbieter liegt der technische Mehrwert in häufigeren Kommunikationsmöglichkeiten, geringerer Kommunikationslatenz und schnelleren Möglichkeiten zur erneuten Übertragung. Dies kann dort relevant sein, wo das Timing die Benutzerfreundlichkeit, die Messqualität oder das Steuerungsverhalten beeinflusst.

Die optionale Flush-Funktion ist ebenfalls von Bedeutung für zeitkritische Daten. Sie ermöglicht es, veraltete Daten zu verwerfen, damit veralteter Datenverkehr neuere Informationen nicht blockiert. Dies ist besonders relevant für Sensordaten, Eingabeereignisse oder andere Informationen, die schnell an Wert verlieren.

Leistung erfordert Design auf Systemebene

SCI macht nicht automatisch jedes Bluetooth-LE-Produkt schneller oder effizienter. Entwickler müssen weiterhin den Stromverbrauch, das Anwendungs-Timing und das Verbindungsverhalten berücksichtigen.

Nordic Semiconductor weist darauf hin, dass die in Bluetooth Core 6.0 eingeführte Bluetooth Frame Space Update-Funktion empfohlen wird, um das Potenzial von SCI voll auszuschöpfen. Auch Connection Subrating ist wichtig, da es Geräten ermöglicht, Verbindungsereignisse zu überspringen, wenn keine Daten gesendet werden müssen.

Bei batteriebetriebenen Geräten besteht die praktische Designaufgabe darin, hohe Aktualisierungsraten mit Energieeffizienz in Einklang zu bringen. Der Quelltext weist darauf hin, dass 1 kHz je nach Anwendungsfall ein sinnvoller Kompromiss für HID-Geräte mit extrem geringer Latenz sein kann.

Beteiligung von Unternehmen

Das Quellmaterial nennt Logitech und Nordic Semiconductor als Unternehmen, die an der Entwicklung und Einführung von Bluetooth SCI beteiligt sind. Logitech hat an Arbeitsgruppen der Bluetooth SIG teilgenommen, während Nordic Semiconductor SCI als eine Funktion beschreibt, die sich auf sein Bluetooth-Produktportfolio und seinen Kundenstamm auswirkt.

Beide Beispiele deuten darauf hin, dass SCI von der Spezifikationsphase in die praktische Produktplanung übergeht. Für OEMs, Halbleiterhersteller und Integratoren macht dies SCI zu einer relevanten Funktion, die bei der Bewertung zukünftiger Bluetooth-LE-Designs für latenzempfindliche Anwendungen zu beachten ist.

Weiterlesen

Lesen Sie mehr in den Bluetooth SIG-Artikeln „Bluetooth Shorter Connection Intervals: Paving the way for Bluetooth innovation“ und „How Bluetooth Shorter Connection Intervals will impact the next generation of wireless innovations“.