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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 zumbido alrededor de Industrial IoT se ha convertido en un rugido ensordecedor. Se proyecta que el mercado de dispositivos IIoT crezca exponencialmente en los próximos años a medida que las empresas comiencen a capturar más datos sobre sus operaciones. Los datos se utilizarán para monitorear y optimizar los procesos y, a medida que las empresas aprendan a usar los datos que capturan para mejorar los procesos, el resultado será una mayor productividad. Más allá de la productividad interna, estos datos pueden llevar a mejorar las operaciones de una compañía a otra, lo que beneficia tanto al productor como al cliente.

Múltiples avances tecnológicos han convergido para hacer posibles las implementaciones de Industrial IIoT a gran escala. Estos avances incluyen un menor costo de almacenamiento de datos, soluciones de RF de menor potencia y mayores niveles de accesibilidad de 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. Las normas más recientes son lo suficientemente seguras para una amplia implementación. Además, se introdujeron varias bandas de frecuencia de uso gratuito en los 80, incluidas las bandas 2.4GHz y 5GHz. Implementar una solución de radio estandarizada hoy en día es una forma segura y rentable 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 inalámbrica TCP / IP más amplia para el consumidor y la empresa. WiFi es la abreviatura de la fidelidad inalámbrica y es un estándar utilizado para identificar dispositivos de red de área local inalámbrica (WLAN). El comité que administra este estándar tiene como objetivo crear el mejor reemplazo posible de la red TCP / IP cableada. El comité prioriza la seguridad y la velocidad sobre todas las demás compensaciones. Como resultado, 802.11n tiene el mayor ancho de banda de cualquier estándar inalámbrico de corto alcance. El inconveniente es el consumo de energía y la potencia de procesamiento requerida para administrar efectivamente la pila 802.11. Estos inconvenientes crearon una brecha en el mercado y surgieron varios estándares para abordar el mercado inalámbrico de muy bajo consumo.

Bluetooth:
Bluetooth y Zigbee fueron introducidos para abordar los mercados a los que WiFi no atiende bien. El estándar Bluetooth abordó 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 asociación rápida, interfaces simples de persona a máquina y baja potencia. En un PAN, se pueden colocar varios transmisores muy juntos: Bluetooth incluye temporización para garantizar que los transmisores del dispositivo no se superpongan. Bluetooth también se diseñó bajo el supuesto de que tendría que coexistir con WiFi e incluye un algoritmo de salto de frecuencia para garantizar que los mensajes de Bluetooth puedan comunicarse incluso cuando hay varios canales WiFi activos. Finalmente, debido a que Bluetooth usa un transmisor de muy baja potencia, es menos sensible a la multirruta en comparación con WiFi. Como resultado, Bluetooth puede implementarse con éxito sin extensas revisiones y planificación del sitio 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 uso general y baja potencia que permite que se construyan diferentes protocolos sobre la radio estándar. Zigbee se propuso admitir redes de sensores de baja potencia capaces de cubrir un área grande. Zigbee usa redes de malla y un perfil de potencia muy agresivo para satisfacer las necesidades de este nicho de mercado. El protocolo de Zigbee está diseñado para un rápido encendido y apagado, lo que ahorra energía. Varios otros protocolos se han construido sobre 802.15.4, incluidos ISA100, WirelessHART y 6LoWPAN.

Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy (BLE) se introdujo como una actualización del estándar Bluetooth. Al aprovechar algunas de las técnicas utilizadas en 802.15.4, BLE pudo lograr puntos de poder incluso más bajos en comparación con Zigbee y admitió muchas de las características creadas originalmente por el esfuerzo de los estándares de Zigbee.

Seleccionando el estándar para ti
Entonces, ¿cuál es el estándar correcto para implementar? Eso depende de los requisitos del sistema. En resumen, WiFi tiene el ancho de banda más alto y la pila más completa, pero Bluetooth, BLE y Zigbee ofrecen características ideales para aplicaciones particulares. Por ejemplo, si se monitorean sensores alimentados por batería en un área muy grande, Zigbee sería el estándar ideal. Bluetooth / BLE funciona bien como una tecnología punto a punto de reemplazo de cable o para monitorear sensores en un área más pequeña. BLE tiene una enorme base instalada de tabletas y teléfonos, lo que la convierte en una excelente opción para las interfaces 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. Ancho de banda más alto hasta 600Mbits / s con 802.11n
ii. Canales de 25 MHz fijos o más grandes
iii. Soporte para canales 2.4 y 5GHz
iv. Amplias características de seguridad.
segundo. Contras
yo. El rango es más bajo con velocidades de datos más altas y 5GHz
ii. No es un buen complemento para sensores alimentados por batería

2) Bluetooth / BLE
a. Pros
yo. Muy baja potencia
ii. Masivo desplegado
iii. Muy buen rendimiento en entornos inalámbricos congestionados o ruidosos.
iv. Facilidad de uso, sin necesidad de planificación de frecuencia o de mapa del sitio
segundo. Contras
yo. Velocidad de datos máxima de 2Mbits / s
ii. No estándar de itinerancia automatizada

3) Zigbee
a. Pros
yo. Muy baja 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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