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WiFi, Bluetooth o Zigbee? ¿Qué estándar inalámbrico se adapta a su aplicación industrial?

Tom McKinney de HMS Industrial Networks ofrece una revisión de los estándares inalámbricos de corto alcance disponibles para aplicaciones industriales

Recientemente, el revuelo alrededor de Industrial IoT ha crecido a un rugido ensordecedor. Se prevé que el mercado de dispositivos IIoT crecerá exponencialmente en los próximos años a medida que las empresas comiencen a capturar más datos sobre sus operaciones. Esa información se usará para monitorear y optimizar los procesos, y a medida que las empresas aprenden a usar los datos que capturan para mejorar los procesos, el resultado será una mayor productividad. Más allá de la productividad interna, esta información puede conducir a mejores operaciones de empresa a empresa que beneficien tanto al productor como al cliente.

Múltiples avances tecnológicos han convergido para hacer posible implementaciones de IIoT industriales a gran escala. Estos avances incluyen un costo reducido de almacenamiento de datos, soluciones de RF de menor potencia y mayores niveles de accesibilidad a la red. Otro habilitador importante para Industrial IoT es la estandarización inalámbrica.

La tecnología inalámbrica no es nada nuevo
Las redes inalámbricas se han utilizado durante más de 30 años en el mercado industrial. En el pasado, estas redes eran típicamente sistemas propietarios sub 1GHz. Las soluciones usaron técnicas de modulación simples como la modulación por desplazamiento de amplitud (ASK) o la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK). Las radios que admiten estos tipos de modulación se pueden crear fácilmente con un puñado de partes discretas. El inconveniente de estas soluciones fue una completa falta de seguridad y ancho de banda limitado.

Durante los últimos veinte años, se han desarrollado varios estándares para definir soluciones de radio robustas. Los estándares más recientes son lo suficientemente seguros para una amplia implementación. Además, se introdujeron varias bandas de frecuencia nuevas y libres de usar en los 80, incluidas las bandas 2.4GHz y 5GHz. La implementación de una solución de radio estandarizada hoy en día es una forma segura y económica de monitorear y controlar dispositivos en el campo o en la fábrica. Dada la cantidad de estándares inalámbricos para elegir, la pregunta es qué estándar es el estándar correcto para implementar.

Así que echemos un vistazo a los tres estándares inalámbricos más comunes desplegados en la banda 2.4GHz: Bluetooth, WiFi y Zigbee.

WiFi
WiFi o IEEE 802.11a / b / g / n es la solución de red TCP / IP inalámbrica para consumidores y empresas más amplia implementada. WiFi es la abreviatura de Wireless Fidelity y es un estándar utilizado para identificar dispositivos inalámbricos de red de área local (WLAN). El comité que gestiona este estándar tiene como objetivo crear el mejor reemplazo de red TCP / IP con cable. El comité prioriza la seguridad y la velocidad sobre todas las demás compensaciones. Como resultado, 802.11n tiene el ancho de banda más alto de cualquier estándar inalámbrico de corto alcance. El inconveniente es el consumo de energía y la potencia de procesamiento necesarios para gestionar eficazmente la pila 802.11. Estos inconvenientes crearon una brecha en el mercado y surgieron varios estándares para abordar el mercado inalámbrico de muy baja potencia.

Bluetooth:
Bluetooth y Zigbee fueron introducidos para abordar los mercados que no tienen un buen servicio de WiFi. El estándar Bluetooth abordaba las necesidades de una red de área personal (PAN) de baja potencia. Un PAN se define como la red que rodea a una persona o un dispositivo inteligente. Los requisitos incluyen una asociación rápida, interfaces simples de persona a máquina y baja potencia. En un PAN, múltiples transmisores pueden colocarse muy juntos: Bluetooth incluye sincronización para asegurar que los transmisores del dispositivo no se superpongan. Bluetooth también se diseñó bajo el supuesto de que debería coexistir con WiFi e incluye un algoritmo de salto de frecuencia para garantizar que los mensajes Bluetooth puedan transmitirse incluso cuando hay varios canales WiFi activos. Finalmente, debido a que Bluetooth usa un transmisor de muy baja potencia, es menos sensible al multitrayecto en comparación con WiFi. Como resultado, Bluetooth se puede implementar con éxito sin extensas revisiones y planificación de sitios de RF. El sistema es muy resistente al ruido y la interferencia.

Zigbee
Zigbee se basa en IEEE 802.15.4, que es un estándar de radio inalámbrico de propósito general y baja potencia que permite construir diferentes protocolos sobre la radio estándar. Zigbee se propuso para soportar redes de sensores de baja potencia capaces de cubrir un área grande. Zigbee utiliza redes de mallado y un perfil de potencia muy agresivo para satisfacer las necesidades de este nicho de mercado. El protocolo de Zigbee está diseñado para encenderse y apagarse rápidamente, ahorrando energía. Se han construido varios protocolos adicionales sobre 802.15.4, incluidos ISA100, WirelessHART y 6LoWPAN.

Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy (BLE) se introdujo como una actualización del estándar Bluetooth. Aprovechando algunas de las técnicas utilizadas en 802.15.4, BLE logró puntos de potencia aún más bajos en comparación con Zigbee y admite muchas de las funciones creadas originalmente por el esfuerzo de Zigbee.

Seleccionando el estándar para ti
Entonces, ¿qué estándar es el estándar correcto para implementar? Eso depende de los requisitos del sistema. En resumen, WiFi tiene el mayor ancho de banda y la pila más completa, pero Bluetooth, BLE y Zigbee ofrecen características ideales para aplicaciones particulares. Por ejemplo, si se monitorean sensores a batería en un área muy grande, Zigbee sería el estándar ideal. Bluetooth / BLE funciona bien como una tecnología de reemplazo de cable punto a punto o para monitorear sensores en un área más pequeña. BLE tiene una gran base instalada de tabletas y teléfonos, por lo que es una excelente opción para las interfaces de persona a máquina.

Aunque los estándares tecnológicos pueden variar, no hay duda de que cada vez más aplicaciones se conectarán de forma inalámbrica en el futuro cercano. Con el advenimiento de Industrial IoT, miles de millones de dispositivos necesitarán conectarse a Internet, y muchas de estas conexiones serán, sin duda, inalámbricas.

Resumen de los pros y los contras de cada estándar:

1) WiFi
a. Pros
yo. Mayor ancho de banda hasta 600Mbits / s con 802.11n
ii. Corregido 25 MHz o más canales
iii. Soporte para canales 2.4 y 5GHz
iv. Extensas funciones de seguridad
segundo. Contras
yo. El rango es más bajo con velocidades de datos más altas y 5GHz
ii. No es una buena combinación para sensores con batería

2) Bluetooth / BLE
a. Pros
yo. Muy poca potencia
ii. Desplegado masivo
iii. Muy buen rendimiento en entornos inalámbricos congestionados o ruidosos
iv. Facilidad de uso, sin planificación de frecuencias ni requisitos de mapas del sitio
segundo. Contras
yo. Velocidad máxima de datos de 2Mbits / s
ii. Sin estándar de itinerancia automatizada

3) Zigbee
a. Pros
yo. Muy poca potencia
ii. Canales fijos entre canales WiFi en la banda 2.4 GHz
iii. Soporte para bandas sub 1GHz
segundo. Contras
yo. Red de malla complicada
ii. Ancho de banda máximo de 250Kbits / s

Informador de la industria de procesos

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