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.

bron: HMS Industrial Networks