Bluetooth czy Wi-Fi - co jest najlepsze dla Twojego nowego produktu bezprzewodowego?

Tworząc nowy produkt, masz do dyspozycji wiele standardów bezprzewodowych. Każdy wybór ma swój własny zestaw zalet i wad. To naprawdę zależy od twojego celu. W tym artykule przyjrzymy się trzem najpopularniejszym standardom łączności bezprzewodowej krótkiego zasięgu, w tym: Bluetooth Classic, Bluetooth Low-Energy (BLE) i WiFi Direct.

Potrzeba szybkości

Jeśli szybka transmisja danych jest najważniejszym wymaganiem dla twojego produktu, najprawdopodobniej Wi-Fi Direct będzie najlepszym wyborem. Wszyscy słyszeli o WiFi, ale niewielu wie o WiFi Direct. Chociaż to się zmienia. Standardowe Wi-Fi wymaga punktu dostępu. Więc jeśli chcesz przesłać dane z jednego urządzenia do drugiego, musi przejść przez punkt dostępowy. Wi-Fi Direct ma zalety szybkości Wi-Fi bez konieczności stosowania punktu dostępu. Dane mogą być przesyłane bezpośrednio z jednego urządzenia do drugiego, podobnie jak w przypadku Bluetooth.

Porównanie prędkości
Standard bezprzewodowy	Prędkość
Bluetooth Low Energy	1 Mb / s
Bluetooth Classic	2-3 Mb / s
Wi-Fi-Direct	100-250 Mb / s

WiFi Direct ma maksymalną prędkość przesyłania danych około 10 razy większą niż prędkość uzyskiwana dzięki technologii Bluetooth Classic. Na przykład, jeśli Twój produkt musi przesyłać strumieniowo wideo, zwłaszcza wideo w wysokiej rozdzielczości, potrzebujesz najszybszego możliwego połączenia bezprzewodowego. Nie ma możliwości, aby Bluetooth był wystarczająco szybki, więc prawie na pewno będziesz musiał zaoferować łączność Wi-Fi Direct.

Na drugim końcu spektrum prędkości znajduje się Bluetooth Low-Energy (zwany także Bluetooth Smart), który jest około 2-3 razy wolniejszy niż Bluetooth Classic lub 20-30 razy wolniejszy niż WiFi Direct. Zwykle jest używany do przesyłania niewielkich ilości nieciągłych danych, takich jak odczyty czujników (temperatura, przyspieszenie itp.) Lub współrzędne GPS.

Kiedy musisz stale przesyłać dane, na przykład podczas strumieniowego przesyłania dźwięku, zwykle musisz użyć Bluetooth Classic. Bluetooth Classic jest zoptymalizowany pod kątem aplikacji do przesyłania strumieniowego, w przeciwieństwie do BLE, który jest zoptymalizowany pod kątem krótkich, rzadkich serii danych.

Możliwe jest jednak użycie BLE do przesyłania strumieniowego dźwięku, ale nie w tej samej jakości, co w przypadku Bluetooth Classic. Na przykład, firma Searan LLC, dostawca stosu Bluetooth, może dostarczyć niestandardowy stos Bluetooth LE, który umożliwia strumieniowe przesyłanie dźwięku.

Zasięg transmisji

Wi-Fi Direct ma maksymalny zasięg około 200 stóp, w porównaniu do zaledwie około 50 stóp typowych dla Bluetooth (Classic i Low-Energy). Zwiększony zasięg WiFi Direct jest możliwy dzięki wyższej mocy transmisji wykorzystywanej przez WiFi Direct.

Kompromisem jest żywotność baterii, a ta zwiększona moc transmisji wyczerpuje małą baterię znacznie szybciej niż którykolwiek standard Bluetooth.

Porównanie zakresu
Bluetooth Low Energy	Typowo 50 stóp, ale do 1500 stóp ze wzmacniaczem zasięgu
Bluetooth Classic	Typowo 50 stóp, ale do 3000 stóp ze wzmacniaczem zasięgu
Wi-Fi-Direct	200 stóp

Ale chwileczkę… sprawy nie zawsze są takie proste. Jest kilka wyjątków. Przede wszystkim istnieją różne klasy nadajników Bluetooth. Większość produktów Bluetooth wykorzystuje nadajnik klasy 2 o zasięgu około 50 stóp, jak wspomniano wcześniej. Ale możliwe jest użycie nadajnika klasy 1 o zasięgu bliższym około 300 stóp. Ale, podobnie jak w przypadku WiFi Direct, wyższa moc transmisji odbywa się kosztem krótszej żywotności baterii.

Używając obwodu zwiększającego zasięg (który składa się głównie z bardzo czułego odbiornika), możesz jeszcze bardziej zwiększyć zasięg dzięki Bluetooth. Na przykład dostawca modułu Bluetooth Bluegiga oferuje moduł BLE dalekiego zasięgu (BLE121LR) o zasięgu do około 1500 stóp. Oferują również moduł dalekiego zasięgu Bluetooth Classic (WT41) o zasięgu do 3000 stóp!

Jest jeszcze jeden wyjątek. W niektórych aplikacjach Bluetooth (nawet wersja Low-Energy) może transmitować w większym zakresie niż WiFi Direct, nadal zużywając bardzo mało energii. Jest to możliwe dzięki niesamowitej funkcji zwanej sieciami kratowymi.

Zwykle, aby wysłać dane z urządzenia A do urządzenia C, musisz utworzyć bezpośrednie połączenie między A i C.Ale w przypadku sieci typu mesh możesz zamiast tego przesyłać dane z urządzenia A do urządzenia C za pośrednictwem urządzenia B.Jeśli więc urządzenie B znajduje się w połowie odległości między A i C, wówczas A i C mogą być dwa razy bardziej oddalone od siebie, niż jest to zwykle dozwolone. Dzieje się tak, ponieważ urządzenie B działa jako przekaźnik lub na wiele sposobów wzmacniacz sygnału. Pomysł ten można rozszerzyć, umożliwiając rozłożenie na duże odległości dużej sieci połączonych ze sobą urządzeń małej mocy. W rzeczywistości do 65 000 urządzeń może być połączonych ze sobą za pomocą siatki.

Wiodący producent mikroczipów Bluetooth o nazwie CSR zaczął włączać sieci kratowe do swoich układów Bluetooth Low-Energy w 2014 roku. Jak dotąd są jedynym producentem chipów, który oferuje siatkę z BLE. Wątpię jednak, żeby potrwało to znacznie dłużej.

Istnieje możliwość opracowania niestandardowego stosu Bluetooth, aby umożliwić tworzenie sieci typu mesh z innymi układami scalonymi lub z Bluetooth Classic. Wiem, że firma Searan, dostawca stosu Bluetooth, ma możliwość dodawania sieci typu mesh do swoich stosów Bluetooth.

Moc / żywotność baterii / rozmiar baterii

Wyższa prędkość i dłuższy bezpośredni zasięg transmisji korelują z wyższym zużyciem energii, a tym samym krótszą żywotnością baterii. Jeśli więc żywotność lub rozmiar baterii są ważne dla twojego produktu, zużycie energii staje się krytyczne.

Bluetooth Low-Energy (BLE) jest wyraźnym zwycięzcą pod względem niskiego zużycia energii. Został opracowany przede wszystkim dla aplikacji Internetu rzeczy, które często muszą działać z małej, pojedynczej baterii zegarka. Urządzenie BLE może działać przez rok lub dwa na jednej baterii zegarka. Jest to możliwe przede wszystkim dlatego, że tego typu produkty są przeznaczone do przesyłania tylko sporadycznie. Na przykład urządzenie BLE może przesyłać dane tylko przez 1 sekundę raz na minutę. Oznacza to, że urządzenie jest bezczynne przez 59/60 = 98,3% czasu.

Zgodność

Jeśli kompatybilność ze starszymi smartfonami ma kluczowe znaczenie dla Twojego produktu, najlepszym wyborem może być Bluetooth Classic. Wszystkie smartfony obsługują Bluetooth Classic, ale tylko umiarkowanie nowsze telefony obsługują BLE i WiFi Direct.

Porównanie zakresu
Bluetooth Low Energy	Wszystkie wersje	Wszystkie wersje
Bluetooth Classic	Wersja 4.3 lub nowsza	Wersja 4S lub nowsza
Wi-Fi-Direct	Wersja 4.0 lub nowsza	Wersja 5S lub nowsza

Najlepsze z dwóch światów: podwójny tryb Bluetooth

W przypadku niektórych aplikacji czasami najlepszym wyborem jest Bluetooth Classic, a czasami lepszym rozwiązaniem jest Bluetooth Low-Energy. Na przykład, być może wolisz Bluetooth Low-Energy, aby oszczędzać baterię, ale chcesz też zapewnić kompatybilność ze starszymi smartfonami.

Najlepszym rozwiązaniem może być Bluetooth Dual-Mode. Komunikując się z nowszymi telefonami, możesz skorzystać z trybu BLE oszczędzającego baterię, ale gdy potrzebujesz połączyć się ze starszymi telefonami, możesz wybrać tryb klasyczny. Większość producentów chipów i dostawców modułów Bluetooth oferuje rozwiązania Bluetooth w dwóch trybach.

Bezpieczeństwo

Wszystkie trzy standardy łączności bezprzewodowej zapewniają wysoki poziom bezpieczeństwa. Jednak Wi-Fi używa szyfrowania 256-bitowego, a Bluetooth (Classic i LE) używa tylko szyfrowania 128-bitowego. W większości przypadków poziom bezpieczeństwa Bluetooth jest wystarczający, ale jeśli bezpieczeństwo jest krytyczne dla twojego produktu, Wi-Fi Direct może być lepszą opcją.

Podsumowanie

Jak zawsze w przypadku inżynierii, istnieją kompromisy między różnymi rozwiązaniami. Żadne rozwiązanie nie jest najlepsze we wszystkich zastosowaniach. Musisz zdecydować, które kryteria są najważniejsze dla Twojego produktu. Może to być proste lub złożone. Jeśli zależy Ci tylko na szybkości, wybór jest łatwy. Lub jeśli żywotność baterii jest Twoim głównym problemem, wybór jest dość prosty. Ale jeśli zależy Ci zarówno na szybkości, jak i zużyciu energii, wybór staje się bardziej złożony.

Podjęcie decyzji, które specyfikacje są najbardziej krytyczne dla twojego produktu, jest zawsze trudnym aspektem rozwoju produktu. Witamy w świecie rozwoju produktów, w którym nic nie jest naprawdę proste. Gdyby to było łatwe, każda firma odniosłaby taki sukces jak Apple.

o autorze

John Teel jest prezesem Predictable Designs, firmy, która pomaga przedsiębiorcom, start-upom, twórcom, wynalazcom i małym firmom we wprowadzaniu na rynek nowych produktów elektronicznych. John był wcześniej starszym inżynierem ds. Projektowania w firmie Texas Instruments, gdzie tworzył projekty elektroniczne używane obecnie w milionach produktów (w tym niektórych od Apple). Jest także odnoszącym sukcesy przedsiębiorcą, który opracował własny produkt, zlecił jego produkcję w Azji i sprzedał go w setkach punktów sprzedaży detalicznej w wielu krajach. Pobierz bezpłatną ściągawkę: 15 kroków do opracowania nowego produktu elektronicznego.