ZigBee vs. Bluetooth:Ein Anwendungsfall mit Reichweitenberechnungen

ZigBee, Bluetooth und Bluetooth Low Energy werden oft als vergleichbare Netzwerkprotokolle bezeichnet. Aber abgesehen davon, dass sie auf demselben Frequenzband laufen, weisen diese Personal Area Network (PAN)-Wireless-Standards mehr Unterschiede als Ähnlichkeiten auf. Heute werden wir durchgehen, was sie sind, welche Anwendungen für welche geeignet sind und wie sie sich in einem bestimmten Anwendungsfall unterscheiden.

Was ist ZigBee?

ZigBee ist ein Mesh-Netzwerkprotokoll. Es wurde entwickelt, um kleine Datenpakete über kurze Distanzen zu transportieren und gleichzeitig einen geringen Stromverbrauch beizubehalten. Wie sein Konkurrent Z-Wave läuft es auf einem Mesh-Topologie-Netzwerk, was bedeutet, dass Informationen von einem einzelnen Sensorknoten über ein Netz von Knoten (von denen jeder als Datenquelle fungieren und einen Repeater), bis die Übertragung beim Gateway ankommt.

Es verwendet eine Version des IEEE (Institute of Electronics and Electronics Engineering) 802.15.4-Standards und wird als solcher häufig in lokalen Sensordatennetzwerken verwendet. ZigBee verwendet das 2,4-GHz-ISM-Frequenzband – und da dies ein globaler Standard ist, können seine Anwendungen praktisch überall verwendet werden.

(Es ist erwähnenswert, dass ZigBee einige Probleme mit der Interoperabilität festgestellt hat, da sich zwei ZigBee-Profile gegenseitig stören können. Dieser Artikel von The Verge enthält weitere Informationen zu diesem Thema.)

Zu den ZigBee-Anwendungen gehören Hausautomation, Sicherheitssysteme, HLK-Systeme, intelligente Beleuchtung und mehr.

Was sind Bluetooth und Bluetooth Low Energy (LE)?

Bluetooth

Bluetooth ist ein drahtloser Technologiestandard, der für kurze Reichweiten entwickelt und verwendet wird drahtlose Kommunikation. Es wurde 1994 vom Telekommunikationsgiganten Ericsson entwickelt und wird heute von der Bluetooth Special Interests Group (SIG) verwaltet.

Bluetooth wurde entwickelt, um eine drahtlose Datenübertragung mit Geräten mit sehr geringer Reichweite zu ermöglichen. Deshalb denken viele bei dieser Technologie sofort an ein kabelloses Headset oder eine kabellose Tastatur. Technisch gesehen arbeitet Bluetooth im 2,4-GHz-ISM-Frequenzband (wie ZigBee). Datenpakete werden aufgeteilt und zwischen einem der 79 ausgewiesenen Bluetooth-Kanäle mit jeweils 1 MHz Bandbreite ausgetauscht.

Bluetooth-Anwendungen sind ideal für Dateiübertragungen von Gerät zu Gerät, Headsets, Lautsprecher und drahtlose Computerzusätze wie Tastaturen, Trackpads und Drucker.

Bluetooth LE

Bluetooth Low Energy – abgekürzt Bluetooth LE – wurde bei seiner Entwicklung im Jahr 2011 ursprünglich als „Bluetooth 4.0“ bezeichnet. Sein Hauptvorteil (und der Unterschied zu „normalem“ Bluetooth) ist der geringe Stromverbrauch. Dies ist ideal für M2M-Produkte, da eine einzelne Batterie mit Bluetooth LE in einem Produkt bis zu fünf Jahre halten kann.

Bluetooth LE arbeitet im 2,4-GHz-ISM-Band, wie Bluetooth 1.0. Davon abgesehen hat Bluetooth LE eine sehr kurze Verbindungszeit (nur wenige ms) mit einer hohen Datenrate (1 Mb/s) und geht dann in den „Schlafmodus“, bis eine Verbindung wieder hergestellt ist.

Bluetooth LE-Anwendungen sind ideal für Technologie auf Sensorebene, Apps für den öffentlichen Nahverkehr sowie Gesundheits- und Fitnessüberwachungsgeräte. Im Vergleich zu Bluetooth ist Bluetooth LE in Bezug auf Anwendungen enger mit ZigBee verwandt, da es weniger kostspielig ist als normales Bluetooth und wenig Strom verbraucht.

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

ZigBee vs. Bluetooth LE:Vineyard-Anwendungsfall

Um den Unterschied zwischen ZigBee und Bluetooth Low Energy zu veranschaulichen, haben wir diese Vergleichstabelle erstellt. Angenommen, ein Winzer möchte seine Weinberge drahtlos überwachen, um die Umweltbedingungen zu berücksichtigen, damit seine nächste Ernte Pinot Noir nicht platt oder leblos ist. Im Folgenden haben wir die Ergebnisse aufgelistet, die der Winzer erwarten kann. Nehmen Sie in diesem Beispiel an, dass sich die Umgebungssensoren an den Weinreben befinden und die Antenne auf dem Dach der Pressanlage.

(Wir haben auch Symphony in diese Tabelle aufgenommen. Symphony Link ist das drahtlose Protokoll, das wir hier bei Link Labs für Kunden implementieren.)

Bluetooth LE ZigBee Sinfonie TX-Antennenhöhe (m) 6 6 6 Sendeleistung (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:11dB Strukturverlust im Einklang mit der Ausbreitung durch eine 8″ Mauerwerksblockwand.)

Basierend auf diesem direkten Vergleich werden Sie feststellen, dass die Symphony (mit Abstand) die beste Reichweite hat. Damit könnten die Sensoren an den Weinreben viele Jahre mit einer einzigen Batterie betrieben werden und trotzdem Informationen über mehrere tausend Meter übertragen. Zwischen ZigBee und Bluetooth LE setzt sich ZigBee jedoch durch – es erreicht für diesen Anwendungsfall eine bessere Reichweite.