ZigBee vs Bluetooth und Bluetooth Smart

BLUETOOTH ZIGBEE WIFI explained simple (March 2019).

Anonim

ZigBee vs Bluetooth und Bluetooth Smart


Einführung

ZigBee® und Bluetooth® sind drahtlose Kommunikationsprotokolle, die eine Reihe von Spezifikationen für zu verfolgende Geräte enthalten, damit sie Informationen drahtlos übertragen können. Ein neueres Bluetooth-Protokoll, Bluetooth Low Energy (BLE) oder Bluetooth Smart, wurde als Low-Power-Protokoll eingeführt und das ursprüngliche Bluetooth wird jetzt als Bluetooth Classic bezeichnet.

Die älteren Technologien, ZigBee und Bluetooth Classic, wurden in den 1990er Jahren eingeführt. Von Anfang an sollte Bluetooth Classic RS232-Kabelverbindungen ersetzen, wie sie zum Anschluss von Tastaturen an PCs verwendet werden. Es kann mit Daten, Sprache und Text umgehen, sodass Ohrhörer, Headsets und Tastaturen drahtlos mit PC und Mobiltelefonen kommunizieren können. Zigbee war für die Haus- und Gebäudeautomation gedacht, eine Möglichkeit, Geräte zu steuern, ohne auf Stromleitungen angewiesen zu sein. Es wurde für den Betrieb bei geringer Leistung entwickelt und ist keine wiederaufladbare Technologie, da es seit Jahren über eine Knopfzellenbatterie betrieben wird. Ein Gerät muss eine Batterielebensdauer von mindestens zwei Jahren bieten, um die ZigBee-Zertifizierung zu bestehen.

Ein ZigBee-Modul

Bluetooth Smart, das neueste Protokoll der Gruppe, war ursprünglich ein von Nokia entwickeltes Protokoll für Low-Power-Kommunikation, das 2006 mit dem Bluetooth-Standard verschmolzen wurde. Es verarbeitet kurze Datenstöße, etwa wenn ein Sensor abgefragt wird und mit Daten antwortet. Bluetooth Smart ist nicht mit Bluetooth Classic kompatibel. es geht nicht mit der Stimme um. Wenn ein Gerät mit Bluetooth Smart Ready gekennzeichnet ist, bedeutet dies, dass beide Standards, Bluetooth Classic und Bluetooth Smart, im Gerät enthalten sind.

Die Evolution von Bluetooth

Zertifizierungen und Compliance

Die ZigBee Alliance ist eine offene, gemeinnützige Vereinigung von etwa 400 Mitgliedern, die für die Entwicklung des ZigBee-Standards sowie für die Prüfung und Zertifizierung von Geräte-Compliance verantwortlich ist. Bluetooth / BLE wird von der Bluetooth Special Interest Group (SIG), einer Non-Profit-Non-Stock-Gesellschaft, verwaltet. Die SIG besitzt die Bluetooth®-Marken und überwacht die Entwicklung des Bluetooth-Standards.

Mit diesen Standards wird garantiert, dass ein kompatibles Gerät von jedem Hersteller mit jedem anderen kompatiblen Gerät funktioniert. Konforme Geräte werden zu Testzwecken eingereicht, und die Zertifizierung und die Gebühren sind sowohl für die Teilnahme als auch für die Zertifizierung erforderlich. Nur Geräte, die die Zertifizierung bestehen, können das Technologielogo anzeigen.

Topologien und Protokolle

Das Open-System-Interconnection-Modell (OSI-Modell) standardisiert Kommunikationssysteme und -protokolle zu einem Sieben-Schichten-Modell mit der physikalischen Schicht an der Unterseite (Schnittstelle zu Hardware) und Anwendungen an der Oberseite (Schnittstelle zu Menschen vielleicht). Eine Netzwerktopologie beschreibt die Struktur des Netzwerks und ein Netzwerkprotokoll beschreibt die Struktur einer einzelnen Nachricht. Abbildung 1. zeigt eine verkürzte Darstellung des OSI-Modells mit der Anwendungsschicht oben, verschiedenen Schichten dazwischen und dann der physikalischen Schicht, die mit dem Funksender verbunden ist. ZigBee und Bluetooth definieren ihre Standards ein wenig anders: Für ZigBee werden die MAC- und PHY-Schichten, wo die Daten formatiert, paketiert und die Signale moduliert und gesendet werden, durch den IEEE-Standard 802.15.4 definiert. Die oberen Schichten sind im ZigBee-Protokoll enthalten, die Netzwerk-, Sicherheits- und Anwendungssoftware adressieren und zusammen den ZigBee-Standard bilden. Andere Protokolle können mit 802.15.4 entworfen werden, die nicht ZigBee sind. Der Bluetooth-Standard spezifiziert die unteren Schichten gut und liefert eine Kernspezifikation sowie die Spezifikationen auf höherer Ebene, so dass jeder Teil des Protokolls unter den Bluetooth-Spezifikationen definiert ist.

ZigBee verwendet eine Mesh-Topologie und das Netzwerk wächst, wenn Geräte erkannt und verbunden werden. ZigBee fügt Knoten zu einer Nachbarliste für Routing-Informationen hinzu, Bluetooth-Geräte koppeln und verbinden, wenn Geräte in Reichweite kommen. Routing-Tabellen an jedem ZigBee-Knoten enthalten benachbarte Knoten. Wenn ein Knoten ausfällt, werden Nachrichten automatisch umgeleitet. Viele Knoten können hinzugefügt werden, wobei große Netzwerke gebildet werden. Das Piconetz von Bluetooth Classic verfügt über maximal 8 Geräte in einer Master / Slave-Konfiguration. Der Master steuert das Timing für die Nachrichten. Jeder Knoten kann sich mit anderen Piconets verbinden und ein Scatternetz bilden. Bluetooth Smart kann auch als Scatternet angeschlossen werden, obwohl aktuelle Anwendungen sich auf die Kommunikation zwischen Geräten konzentrieren.

Abbildung 1. Kommunikationsmodell

Tabelle 1 listet einige Eigenschaften jedes Protokolls auf. Sie sind insofern ähnlich, als dass sie im 2, 4 GHz-Frequenzband für Industrie, Wissenschaft und Medizin (ISM) arbeiten und auf dem IEEE-Standard 802.15 für drahtlose persönliche Bereichsnetzwerke (WPANs) basieren. Bluetooth basiert auf dem Standard 802.15.1 und ZigBee basiert auf dem Standard 802.15.4 für Geräte mit niedriger Übertragungsrate (LR-WPAN). Sie können automatisch Ad-hoc-Netzwerke bilden, wenn Geräte in Reichweite erkannt werden. Sie adressieren nur Geräte in ihren eigenen Netzwerken und verbinden sich derzeit nicht mit dem Internet. Sie modulieren beide Signale für die Funkübertragung und paketieren Daten.

Tabelle 1. Eigenschaften von ZigBee, Bluetooth Classic, Bluetooth Smart

Feature

ZigBee

Bluetooth Classic (BT)

Bluetooth Smart

Design Fokus

Drahtlose Vernetzung zwischen Sensoren

Kabellose Tastaturen, Maus, Headsets

Drahtlose Sensor- und Fitnessgeräte

IEEE-Standard

802.15.4

802.15.1

802.15.1

Netzwerkart

Mesh, ZigBee PRO

Piconetz, Master / Slave;

Scatternet

Scatternet

Entfernung

75-100m Sichtlinie

10m (33ft) min

> 10m> (33ft)

Knoten verbunden, max

65000

8

N / A

Betriebsband

2, 400 Ghz-2, 4835 GHz ISM-Band

16 Kanäle, 5 MHz auseinander,

2 MHz verwendet

Direktes Verbreitungsspektrum

2, 400 Ghz-2, 4835 GHz ISM-Band

79 1-MHz-Kanäle

Frequenzspektrum

2, 400 Ghz-2, 4835 GHz ISM-Band

40 2-MHz-Kanäle

Frequenzspektrum

Durchsatz

0, 03 Mbps

1-3Mbps

0, 27 Mbps

Latenz mit Connect

15ms

100 ms - 3sek

3-6ms

Art der Daten

Betriebsanweisungen

Niedrige Datenrate

Kontinuierliches Streaming

Alle Arten von Daten; Text, Multimedia

Relativ hohe Geschwindigkeiten

Platzen

Stimme

Nein

Ja

Nein

SicherheitEAP (erweiterbares Authentifizierungsprotokoll)56/128-Bit und Anwendungsschicht benutzerdefiniert128-Bit-AES (Advanced Encryption Standard) mit CBC-MAC-Zählermodus und anwenderdefinierter Anwendungsschicht

Stromverbrauch

(abhängig von der Anwendung)

30 mW

100 mW

0, 01-0, 5W

ModulationDirektsequenz-SpreizspektrumFrequenzsprung Spread SpectrumGaußsche Frequenzumtastung

Profile

In jedem Protokoll gibt es definierte Profile, die Nachrichten für bestimmte Anwendungen standardisieren. Die Profile ermöglichen Konsistenz und Hersteller müssen nicht verschiedene Nachrichten für den gleichen Zweck implementieren.

ZigBee-Profile umfassen Gebäudeautomation, RF für Unterhaltungselektronik (Home Entertainment), Smart Energy (Smart Grid / Meter) und Gesundheit / Medizin. Bluetooth Classic verfügt über viele Profile, einschließlich Warnmeldungen, Bildgebung, Vision, Audio, Find Me und Health-Geräte. Zum Beispiel definiert das Find Me (FMP) -Profil das Verhalten, wenn eine Taste auf einem Gerät gedrückt wird, um ein Alarmsignal auf einem anderen Gerät zu verursachen. Bluetooth Smart hatte ursprünglich nur zwei Profile: Remote-Display und Sensoren. Während die Anwendungsbereiche weiter erforscht werden, werden zusätzliche Profile hinzugefügt.

Im Allgemeinen ist ZigBee mit einem kleineren Protokollstack als Bluetooth weniger komplex. ZigBee hat schnellere, kürzere Verbindungszeiten. ZigBee-Geräte verbringen die meiste Zeit im Schlafmodus und haben einen Arbeitszyklus von weniger als 1%. Sie wachen auf, hören (Daten empfangen), um zu sehen, ob der Kanal frei ist, übertragen Daten und gehen dann wieder in den Ruhezustand. Batterien können für Jahre dauern. Bluetooth Classic kann ständig verwendet werden und muss täglich bei starker Beanspruchung aufgeladen werden. Bluetooth Smart-Geräte verbringen auch die meiste Zeit im Schlafmodus und wachen auf, um Daten zu übertragen.

Zusammenfassung

ZigBee, Bluetooth Classic und Bluetooth Smart sind alle Kommunikationsprotokolle für die Übertragung von Daten über drahtlose Netzwerke. Sie sind Nahbereichstechnologien, die Geräte in Reichweite automatisch erkennen und Ad-hoc-Netzwerke mit erkannten Geräten einrichten. Geräte arbeiten nur innerhalb ihrer Netzwerke und sind derzeit nicht mit dem Internet verbunden. ZigBee wird hauptsächlich in der Gebäude- und Hausautomationssteuerung, Lichtsteuerung, Temperaturregelung und Ausrüstung eingesetzt. Bluetooth Classic ermöglicht drahtlose Verbindungen für PCs und Mobiltelefone für Headsets, Ohrhörer, Tastaturen; Es verarbeitet Sprache und Daten, und Geräte müssen häufig aufgeladen werden. Bluetooth Smart bietet die Reichweite und Anschlüsse von Bluetooth Classic, jedoch mit geringerem Stromverbrauch für Sensor- und Fitnessgeräte.