WiFi, Bluetooth of Zigbee?
Kiezen voor een draadloze industriële standaard
Sinds enige tijd is de buzz rond Industrial IoT
(Internet of Things) uitgegroeid tot een oorverdovende brul. Een
belangrijke stimulans voor Industrial IoT is draadloze standaardisatie.
Tom McKinney van HMS Industrial Networks geeft daarom een overzicht van
de drie meest voorkomende wireless standaarden die in de 2,4 GHz band
industrieel worden toegepast
Draadloos is niets nieuws Draadloze netwerken worden al meer dan 30 jaar
in de industrie gebruikt. In het verleden waren deze netwerken typische
sub 1GHz eigen systemen.
Bij de toepassingen werd gebruik gemaakt van
eenvoudige modulatietechnieken als amplitude-shift keying (ASK) of de
frequency-shift keying (FSK).
Radio's die deze soorten modulatie ondersteunden konden gemakkelijk in
elkaar worden gezet met een paar verschillende onderdelen.
Nadeel van
deze oplossingen waren een compleet gebrek aan beveiliging en de
beperkte bandbreedte.
Frequentiebanden
In de jaren ’80 werd een aantal nieuwe gratis te gebruiken
frequentiebanden geïntroduceerd, inclusief de 2,4 GHz en 5 GHz banden.
Het toepassen van een gestandaardiseerde radio-oplossing is momenteel
een kosteneffectieve en veilige manier om apparatuur in het veld of in
de fabriek zowel te bewaken als te controleren. Met het aantal draadloze
standaards om uit te kiezen, gaat het er nu om welke standaard de
juiste is om te implementeren.
Laten we daarom de drie meest voorkomende wireless standaards die in de
2,4 GHz band worden toegepast: Bluetooth, WiFi en Zigbee, eens nader
bekijken.
Wifi
WiFi (of IEEE 802.11) is de meest toegepaste consumenten en zakelijke
draadloze TCP/IP netwerkoplossing. WiFi staat voor Wireless Fidelity en
is een standaard die wordt gebruikt om Wireless Local Area Network
(WLAN) apparaten te identificeren. De commissie die deze standaard
beheert heeft als doel om de best mogelijke bekabelde TCP/IP
netwerkvervanging te creëren. De commissie stelt beveiliging en snelheid
boven alles. Hierdoor heeft 802.11n de grootste bandbreedte van elke
korte-afstand draadloze standaard.
Nadelen zijn het energieverbruik en de rekenkracht, nodig om de 802.11
stack efficiënt te beheren. Deze nadelen zorgden voor een gat in de
markt en inmiddels zijn meerdere standaards ontwikkeld voor de zeer
laagvermogen draadloze markt.
Bluetooth
Bluetooth en Zigbee werden beide geïntroduceerd voor sectoren die niet
geschikt waren voor WiFi. De Bluetooth standaard focuste op de behoefte
aan een laagvermogen Personal Area Network (PAN). Een PAN wordt
gedefinieerd als het netwerk dat een persoon of een smart apparaat
omringt. De eisen zijn een snelle associatie, eenvoudige mens/machine
interfaces en een laag energieverbruik. In een PAN kunnen meerdere
zenders heel dicht op elkaar worden geplaatst - Bluetooth bevat timing
om ervoor te zorgen dat apparaatzenders elkaar niet overlappen.
Bluetooth is ook ontworpen in de veronderstelling dat het verenigbaar
moet zijn met WiFi en beschikt over een frequency-hopping algoritme
waardoor Bluetooth berichten worden doorgegeven, zelfs als er meerdere
WiFi kanalen actief zijn. Tenslotte is Bluetooth, omdat het gebruik
maakt van een zeer laagvermogen zender, vergeleken met WiFi minder
gevoelig voor multi-path. Hierdoor kan Bluetooth met succes worden
geïmplementeerd zonder uitgebreide RF locatie reviews en planning. Het
systeem is zeer goed bestand tegen ruis en interferentie.
Zigbee
Zigbee is gebaseerd op IEEE 802.15.4, een laagvermogen draadloze
radio-standaard waarmee verschillende protocollen bovenop de standaard
radio kunnen worden gebouwd.
Zigbee is opgezet om laagvermogen
sensornetwerken die grote oppervlakken coveren, te ondersteunen. Zigbee gebruikt meshing netwerk technologie en een zeer agressief
energieprofiel om te voldoen aan de behoeften van deze nichemarkt.
Zigbee's protocol is ontworpen voor korte inschakel- en afschakeltijden,
resulterend in energiebesparing. Verschillende andere protocollen zijn
gebouwd op 802.15.4, waaronder ISA100, WirelessHART en 6LoWPAN.
Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy (BLE) wordt geïntroduceerd als een update voor de
Bluetooth standaard. Gebruikmakend van een aantal van de technieken die
worden gebruikt in 802.15.4, is BLE, vergeleken met ZigBee, zelfs in
staat om lagere vermogenpunten te bereiken; tevens ondersteunt het veel
van de functies afkomstig uit de Zigbee standaards..
Het selecteren van de juiste standaard
De vraag is nu voor welke standaard je moet kiezen? Dat hangt af van de
systeemeisen. In het kort komt het er op neer dat WiFi de grootste
bandbreedte en meest uitgebreide stack heeft, maar dat daarentegen
Bluetooth, BLE en Zigbee de juiste functionaliteit voor bepaalde
toepassingen bieden.
Als het bijvoorbeeld gaat om het bewaken van batterijgevoede sensoren
over een zeer groot gebied, kan Zigbee de ideale standaard zijn.
Bluetooth/BLE werkt goed als point-to-point technologie ter vervanging
van kabels, of voor het bewaken van sensoren in een kleiner gebied. BLE
heeft een enorme installed base van tablets en telefoons, waardoor het
een uitstekende keuze is voor mens/machine interfaces.
Hoewel de technologie standaards kunnen variëren, is er geen twijfel
mogelijk, dat in de nabije toekomst steeds meer toepassingen draadloos
zullen worden verbonden. Door de opkomst van het Industrial IoT zullen
miljarden apparaten op het internet moeten worden aangesloten, waarbij
veel van deze aansluitingen ongetwijfeld draadloos zullen zijn.
