ZigBee vs. Bluetooth LE: Reichweite, Energieverbrauch und Weinberg-Use-Case

ZigBee, Bluetooth und Bluetooth Low Energy werden oft verglichen, doch abgesehen vom gemeinsamen 2,4-GHz-ISM-Band unterscheiden sie sich erheblich in Architektur, Stromverbrauch und idealen Anwendungen. Dieser Artikel beleuchtet die Unterschiede, zeigt passende Szenarien für jedes Protokoll und illustriert die Auswirkungen anhand eines Weinberg-Monitoring-Use-Cases mit detaillierten Reichweitenberechnungen.

Was ist ZigBee?

ZigBee ist ein Mesh-Netzwerkprotokoll basierend auf dem IEEE-802.15.4-Standard. Es ist darauf ausgelegt, kleine Datenpakete über kurze Distanzen bei extrem niedrigem Stromverbrauch zu übertragen. In einer Mesh-Topologie fungiert jeder Knoten sowohl als Datenquelle als auch als Repeater und leitet Informationen durch ein Netzwerk von Geräten weiter, bis sie das zentrale Gateway erreichen.

ZigBee arbeitet im globalen 2,4-GHz-ISM-Band und ist weltweit einsetzbar. Interoperabilität kann jedoch problematisch sein, wenn verschiedene ZigBee-Profile koexistieren; Details dazu finden Sie in diesem Artikel von The Verge.

Typische ZigBee-Deployments umfassen Home Automation, Sicherheitssysteme, HLK-Steuerungen, Smart Lighting und andere Low-Power-Sensornetze.

Was sind Bluetooth und Bluetooth Low Energy (LE)?

Bluetooth

Bluetooth ist eine Kurzstrecken-Funktechnologie, 1994 von Ericsson entwickelt und heute vom Bluetooth Special Interest Group (SIG) verwaltet. Sie ist am bekanntesten für Peripheriegeräte wie Headsets, Tastaturen und kabellose Lautsprecher.

Im 2,4-GHz-ISM-Band teilt Bluetooth das Spektrum in 79 Kanäle à 1 MHz auf. Dieses Design unterstützt kontinuierlichen, hochdurchsatzfähigen Datenaustausch für Gerät-zu-Gerät-Kommunikation.

Anwendungen: Dateiübertragung, Audio-Streaming, Eingabegeräte und andere Consumer-Peripherie.

Bluetooth LE

Bluetooth Low Energy, 2011 als Teil von Bluetooth 4.0 eingeführt, priorisiert Energieeffizienz. Eine einzelne Batterie kann ein Bluetooth-LE-Gerät bis zu fünf Jahre betreiben – ideal für Machine-to-Machine (M2M)-Deployments.

Bluetooth LE nutzt sehr kurze Verbindungsintervalle (wenige Millisekunden) und hohe Datenraten (bis 1 Mbit/s), wonach das Gerät in einen Low-Power-Schlafzustand wechselt.

Anwendungen: Umweltsensoren, ÖPNV-Tracker, Health-&Fitness-Wearables und Szenarien mit sporadischer Datenübertragung.

Siehe auch: Bluetooth vs. Bluetooth Low Energy: Was ist der Unterschied?

ZigBee vs. Bluetooth LE: Weinberg-Use-Case

Zur Veranschaulichung, wie die Protokollwahl die Performance beeinflusst, betrachten wir einen Winzer, der Weinbergbedingungen überwachen möchte. Sensoren an den Reben senden Daten an eine Antenne auf dem Dach der Kelterei. Die folgende Tabelle zeigt berechnete Reichweiten bei identischen Antennenhöhen und konstantem 11-dB-Strukturverlust durch eine 20-cm-Mauerwerkswand.

Parameter	Bluetooth LE	ZigBee	Symphony
TX Antennenhöhe (m)	6	6	6
TX Power (dBm)	4	18	18
TX Antennengewinn (dB)	0	0	0
Frequenz (MHz)	2400	2400	915
RX Antennenhöhe (m)	1	1	1
RX Antennengewinn (dB)	-6	-6	-6
Strukturverlust (dB)	11	11	11
Empfindlichkeit (dBm)	-93	-102	-140
Marge (dB)	20	20	20
Reichweite (m)	77	291	2594

Hinweis: 11 dB Strukturverlust berechnet für Ausbreitung durch eine 20-cm-Mauerwerkswand.

In diesem Szenario bietet Symphony die größte Reichweite, sodass Sensorknoten jahrelang mit einer Batterie auskommen und zuverlässige Mehrkilometer-Kommunikation gewährleisten. Zwischen ZigBee und Bluetooth LE liefert ZigBee die überlegene Reichweite und eignet sich daher besser für große Weinberg-Deployments.