Wie Trainings-Apps Fitnessgeräte steuern

Ausdauertraining an Fitnessgeräten, bei denen sich der Widerstand in ­bestimmten Abständen ändert, sind an sich nicht neu: In jedem halbwegs ordentlich ausgestatteten Sportstudio finden sich seit Jahren Ergometer, die ein Intervalltraining erlauben – bei modernen ­Exemplaren begleitet von Animationen oder Videos auf einem angeschlossenen Display.

Für den Heimbereich gibt es Trainingsgeräte mit dynamischem Widerstand auch schon seit mehr als zehn Jahren, die Auswahl war zunächst jedoch mager. Erhältlich waren vor allem Rollentrainer, in die sich Straßenfahrräder ­einspannen ließen und die über einen wechselnden Widerstand Berg-Etappen simulierten. Steuern ließen sie sich ­üblicherweise nur von einem Programm des Herstellers, das auf einem (meist per RS232 oder USB verbundenen) Rechner lief.

Wahlfreiheit

Heute stellt sich die Situation komplett anders dar: Es gibt Heimtrainer wie smarte Indoor-Fahrräder (Smart Bikes), Rollentrainer (Bike-Trainer) und Ergometer, die sich mit Programmen auf den Konsolen der Geräte selbst oder (drahtlos) über separate Fahrradcomputer, Rechner, Smartphones und Tablets mit Trainings-Apps steuern lassen. Vor allem arbeiten viele dieser steuerbaren Modelle mit verschiedenen Trainings-Apps wie Zwift, BKool, TrainerRoad, PerfPro und Kinomap zusammen. Firmen wie Peloton, die die Steuermöglichkeit ihres bekannten Indoor-Bikes auf die eigene App beschränken und so ihr Geschäftsmodell sichern, sind hingegen die Ausnahme.

Möglich ist diese herstellerübergreifende Zusammenarbeit, weil heute nicht mehr jedes Trainingsgerät seine eigene „Sprache“ spricht, die den Trainings-Apps erst einmal mühsam beigebracht werden müsste. Stattdessen halten sich beide Seiten bei der Kommunikation an standardisierte, offene Profile der 2,4-GHz-Funkprotokolle ANT+ und Bluetooth Low Energie (Bluetooth LE oder kurz BLE), die vor einigen Jahren extra zu diesem Zweck spezifiziert wurden.

Funkprotokolle im Sport

Die beiden Protokolle sind keine Unbekannten: Bluetooth LE ist der herstellerübergreifende Nahfunkstandard der IoT-Welt – und wird von praktisch allen neuen Smartphones, Tablets, Rechnern und unzähligen Gadgets unterstützt. Im Sportbereich begann BLE seinen Siegeszug mit der sehr einfachen Anbindung von Herzfrequenzmessern und smarten Sportuhren. Mittlerweile nutzen unzählige Fitness­geräte BLE, um Werte von Pulsmessern entgegenzunehmen und selbst Leistungswerte zu übermitteln; Polar gab dafür sein proprietäres Funksystem W.I.N.D. auf.

Trotz der breiten Unterstützung für BLE kann sich das bereits 2004 eingeführte ANT+ der Garmin-Tochter Dynastream bis heute im Sportbereich behaupten. Das ist umso beachtenswerter, als dass über die Jahre vergleichsweise nur wenige Smartphones angeboten wurden, die ANT+ direkt unterstützten.

Die Besonderheit von ANT+ ist, dass es einen reinen Broadcast-Modus kennt, während Bluetooth stets eine explizite Kopplung (Pairing) zwischen Sender (etwa einem Brustgurt) und Empfänger (beispielsweise das Smartphone) verlangt. Dadurch ist es bei ANT+ möglich, an ein Trainingsgerät mehrere smarte Endgeräte (von den ANT+-Entwicklern auch „Smart Displays“ genannt) zu koppeln. So können neben dem Trainierenden selbst parallel andere Personen dessen Leistungen überwachen. Ebenso lassen sich mehrere Trainingsgeräte an ein Endgerät koppeln – ein wichtiger Punkt bei geführtem Gruppentraining in Fitnesskursen.

Seit einigen Jahren unterstützen BLE und ANT+ auch die Steuerung smarter Heimtrainer, was üblicherweise „Trainer Control“ genannt wird.

ANT+ FE-C

Bei ANT+ läuft dies über das „Fitness Equipment Device-Profil – und dort ­konkret über die „Fitness Equipment ­Controls-Funktion (ANT+ FE-C).

Diese erlaubt zunächst einmal die Übertragung von Trainingsdaten vom Fitnessgerät (in diesem Kontext „Trainer“ oder „Sensor“ genannt) an ein smartes Endgerät. Neben allgemeinen Informationen wie Distanz, Geschwindigkeit oder Herzfrequenz (von einem integrierten Pulsmesser), die bei allen Ausdauergeräten ermittelt werden, zählen dazu gerätespezifische Informationen – beispielsweise bei Smart Bikes Werte zur Tretkraft und Trittfrequenz. Alle diese Werte können dann nicht nur auf dem Display erscheinen, sondern lassen sich beispielsweise auch nutzen, um ein Trainingsvideo zu steuern: Tritt man schneller in die Pedale, läuft auch die Aufzeichnung der Strecke schneller ab – eine Funktion, die einem etwa bei der App „Kinomap“ begegnet.

FE-C ermöglicht darüber hinaus die drahtlose Echtzeitsteuerung elektronischer Fitnessgeräte und damit der Trainingsintensität. Dies lässt sich auf unterschiedliche Weise realisieren. Eine Möglichkeit ist, dass die App Simulationsparameter übermittelt, die beispielsweise den Widerstand durch Wind und Steigung beziehungsweise Gefälle auf einer vir­tuellen Fahrradstrecke beschreiben. Ein Smart Bike nutzt diese Werte dann direkt, um den Widerstand so anzupassen, dass der virtuelle Gegenwind oder Hügel spürbar wird. Alternativ liefert die App nur eine Wattzahl als Ziel und das Fitnessgerät errechnet selbst, wie dieses zu erreichen ist.

Bluetooth LE

Nach der Veröffentlichung von ANT+ FE-C machte sich die Bluetooth Special Interest Group (SIG) daran, eine entsprechende Erweiterung für ihr Funkprotokoll Bluetooth LE zu entwickeln. Im Ergebnis veröffentlichte die Gruppe das „Fitness Machine Profile“ (FTMP) mit dem dazugehörigen „Fitness Machine Service-Protokoll (FTMS).

Wie FE-C legt Bluetooth FTMS fest, wie ein Fitnessgerät (konkret genannt sind Laufbänder, Crosstrainer, Stepper, Rudergeräte und Indoor-Bikes, was Rollentrainer einschließt) und smartes Endgerät („Collector“ genannt) miteinander kommunizieren. Im Funktionsumfang gibt es keine großen Unterschiede zu FE-C, weshalb die meisten Trainings-Apps sowohl ANT+ FE-C als auch Bluetooth FTMS unterstützen.

Unproblematisch ist in der Praxis das Konzept der Eins-zu-eins-Verbindung bei Bluetooth, selbst wenn das Fitnessgerät mit mehreren Sensoren ausgestattet ist, die ihrerseits per BLE senden. So sammelt beispielsweise das smarte Indoor-Bike Stages SB20 (Test in c’t 7/2021, S. 84) die per BLE übertragenen Daten seiner beiden an den Pedalen befestigten Kraftmesser ein und gibt diese dann gemeinsam mit den übrigen Daten über einen zentrale „Trainer Control-Verbindung via BLE an das Endgerät mit der Trainings-App. Über diese laufen dann auch die Steuerkommandos zurück an das Bike.

Anpassungsfähig

Bei beiden Erweiterungen findet ein wichtiger Teil der Kommunikation zwischen Fitnessgerät und smartem Endgerät bereits vor dem eigentlichen Training statt: die Verständigung darüber, was sich überhaupt in welchem Maße steuern lässt. Schließlich verfügen nicht alle Fitness­geräte einer Produktkategorie zwangsläufig über dieselben Fähigkeiten. So unterscheiden sich die Modelle beispielsweise darin, welchen minimalen und welchen maximalen Widerstand sie aufbauen können – oder in wie viele Stufen sie den Bereich dazwischen unterteilen.

Bei vielen Geräten lassen sich zudem mehrere Nutzerprofile mit unterschiedlichen Simulationsgraden oder -varianten anlegen. Das Stages SB20 kann beispielsweise eine Reihe verschiedener Schaltungen simulieren, zwischen denen sich die Sportler frei entscheiden können und die vor jedem Trainingsbeginn in das System eingespielt werden.

Über ANT+ FE-C und Bluetooth FTMS ist es auch möglich, zusätzliche Informationen zu den Fähigkeiten des Geräts und zur aktuellen Konfiguration zu übermitteln. Dies soll sicherstellen, dass es sich optimal kontrollieren lässt. ANT+ FE-C erlaubt laut Entwickler auch den Austausch von Daten zur Kalibrierung, sodass diese beispielsweise App-geführt am Trainingsgerät durchgeführt werden kann.

Fazit

Beim Start von ANT+ FE-C und Bluetooth FTMS gab es Befürchtungen, dass Fitnessgeräte-Hersteller und App-Anbieter nicht mitziehen, um ihr Geschäft mit herstellereigenen Apps und Abo-Modellen zu schützen beziehungsweise konkurrierende Anwendungen, die bis dahin weniger Geräte unterstützten, auf Abstand zu halten. Dies hat sich glücklicherweise nicht bewahr­heitet. Vielmehr wächst die Zahl der Fitnessgeräte beständig, die sich über die Trainer-Control-Erweiterungen steuern lassen.

Mittlerweile ist die Steuermöglichkeit bei neuen Bike-Trainern (egal ob mit Rolle oder Direktantrieb) jenseits der Einstiegsklasse Standard, aktuell ziehen die Smart Bikes nach – momentan eher noch mit ­Modellen im High-End-Bereich, künftig aber sicher auch mit preiswerteren Exemplaren. Als nächstes dürften Crosstrainer und Laufbänder folgen; Tacx hatte in den USA mit dem „Magnum Smart“ bereits einmal einen Indoor-Fahrrad-Trainer im Sortiment, der auch als Laufband dienen konnte.

In jüngerer Vergangenheit sind zudem die ersten Fitnessgeräte erschienen, die eine neue Simulationsstufe bieten – wie das Tacx Neo Bike Smart mit „Road Feel“-­Funktion, die mithilfe von Vibratoren das Rattern und Knirschen von Fahrten über Kopfsteinpflaster und Kies simulieren soll. Diese über die hauseigene Tacx-Software und die Zwift-App verfügbare Funktion wird laut Tacx ebenfalls über ANT+ FE-C und Bluetooth FTMS realisiert. Für die ­Zukunft darf man also noch einiges ­erwarten. (nij@ct.de)