Témakörök






































Wi-Fi vs. BLE vs. Zigbee vs. Z-Wave (SmartHomeExpo előadás)

1 0
2021.02.26. 15:35

Február 18-20 között megrendezésre került az első magyarországi okosotthon konferencia. A SmartHomeExpo nevet viselő kétnapos online rendezvényen az AccessPoint Kft. színeiben Kálmán Gergely kollégánk is képviseltethette magát, mint meghívott előadó. Témája a 2,4 GHz-es sávon elérhető adatátviteli megoldások és az azt körülvevő kisebb káosz. E prezentációt van lehetőségetek most megtekinteni és megtudni mindent a vezetéknélküli smart home eszközök kommunikációs platformjairól.

Mindenekelőtt fontos tisztáznunk azt, hogy mi is az az ISM (Industrial, Scientific and Medical) sáv?

Egy nemzetközi megállapodás eredménye melynek megalakulásakor az volt a cél, hogy ipari, tudományos és gyógyászati célra legyen alkalmazható egy szabadon felhasználható frekvencia a vezetéknélküli rendszerek számára. Köztudott, hogy ez a frekvencia is betört a magánszférába és ott óriási sikereket ért el. Szabad felhasználásának köszönhetően a 2,4GHz-et használó eszközök tömeggyártásának se volt semmilyen akadálya és egyenes út vezetett ahhoz, hogy a világ minden pontján elterjedjenek és különféle engedélyeztetési eljárások nélkül forgalomba kerülhessenek.

Wi-Fi (802.11)

A 6. generációnál tartó 2,4GHz-es frekvencián üzemelő Wi-Fi-vel 20MHz-es raszteren jelenleg 1-143Mbps közötti adatátvitelt valósíthatunk meg. Csillagpontos topológia elvén működik tehát alap esetben access pointok-ról és a hozzájuk kapcsolódó kliensekről beszélhetünk. A kliensek képesek roamingolni az AP-k között. Megjelent a MESH technológia is de itt ez kizárólagosan az AP-k közötti gerinckapcsolatokra korlátozódik. Hátrányai közt említhető meg, hogy viszonylag széles spektrumot használ (20MHz). Mint ahogy tudjuk csupán három olyan csatorna érhető el (1,6,11) 2,4GHz-en, amelyek nem „lapolják” át egymást tehát nem keltenek interferenciát saját maguk számára. IoT szempontból ezért elég pazarlóan használja ki ezt a frekvenciát és pont ebből fakadóan folyamatosan küzdeni kell az interferenciával. Emellett további negatívum a költséges bekerülés hiszen minél újabb technológiát alkalmaz egy adott eszköz annál nagyobb a bekerülési költsége.

Bluetooth (802.15.1)

A bluetooth a Wi-Fi-től eltérően egy úgynevezett frequency hopping technológiát alkalmaz, amely annyit tesz a gyakorlatban, hogy adott csatornákat folyamatosan váltogatva dinamikusan valósítja meg az adatátvitelt. Manapság ez a megoldás leginkább az zavarás kiküszöbölésére hivatott nem pedig arra, amely miatt elsődlegesen alkalmazni kezdték (biztonság). IoT szempontból egy nagyon csábító képességgel rendelkezik, ez a rendkívül alacsony energiafelhasználási metódus melyet BLE-nek hívunk. Az alacsony fogyasztás ellenére így is viszonylag nagy adatátviteli sebességek érhetőek el általa. A legújabb BT 5.1-ben 125/500/1000/2000kbps-os értékekkel számolhatunk, valamint megjelent a MESH technológia is. Ezt jelenleg még rendkívül kevés gyártó használja, de egy példát felhozva említhetjük akár a Yeelight-ot. Apró kiegészítésként fontos megemlíteni, hogy PTP összeköttetés esetén a 802.11-es protokollt alkalmazva képes lehet akár 24Mbps-ra is. Magát a BT technológiát több módon is alkalmazhatjuk. Megvalósíthatunk általa hangátvitel, illetve beltéri navigáció is. Egyetlen és talán legnagyobb hátránya azonban a magas ár a többi IoT protokollhoz képest.

Zigbee (802.15.4)

A Zigbee egy nyílt IoT standard, amelyet azzal a céllal hoztak létre, hogy legyen egy alacsony fogyasztású, sávszélességű és költségű protokoll mely használható számtalan IoT eszköz közti átvitel megvalósítására. 250 kbps-os sebességre képes, valamint a MESH támogatásnak köszönhetően akár korlátlan számú berendezést összekapcsolhatunk (a felső limitet 65.000 node-ban határozták meg). A Zigbee 3.0-ban megjelenő green power technológia a BT-nál már említett BLE-vel szerepel egy ligában energiahatékonyság tekintetében. Hátránya, hogy a legújabb Zigbee 3.0 már kizárólag a 2,4 GHz-es sávban kommunikál és így számolni kell e spektrum alatt tapasztalható zavartatással.

Z-Wave

Zárt IoT standard mely a Zigbee elsődleges konkurenciája. GHz alatt üzemel (865-926 MHz, 868MHz (EU)) és 100 kbps-os adatátvitelre képes. Az alacsony frekvenciának köszönhetően nagy hatótávban használható. MESH felépítésű hálózatok létrehozására alkalmas azonban itt 4 hop-os korlátozással kell számolnunk. Az association groupoknak köszönhetően akár központ kihagyásával is megvalósulhatnak olyan automatizmusok, amelyeket előre definiáltunk adott actorokba vagy szenzorokba. Hátránya a szabvány zártsága, amelynek hozadékaként jóval magasabb áron lehet hozzájutni Z-Wave technológiát használó eszközökhöz. Az EU-ban használható mindösszesen 2MHz-es sávra több más technológia is feni a fogát (HaLow, SigFox, LoRa) és emiatt idővel itt is megjelenhet az interferencia kérdése és problémája.

A könnyebb vizuális átláthatóság érdekében készítettünk egy táblázatot, amelyen összefoglaljuk a fent említett szabványok előnyét és hátrányát együttesen.

A Wi-Fi, Zigbee és Bluetooth alkalmazásakor mindenképpen szükséges tisztába lenni az adott protokoll előnyeivel és hátrányaival, valamint ezek prioritásával. Szem előtt kell tartanunk azt, hogy a Wi-Fi-nek elsődlegesen klienseszközeink (telefon, tablet, notebook, TV, konzol stb.) kiszolgálására hivatott.

A Wi-Fi-nek adottságaiból adódóan folyamatos kommunikációra van szüksége ahhoz, hogy egy működőképes hálózatot tartson fent. Ennek okán az AP-k teljesítményére folyamatosan hatással van ennek az állandó kapcsolatnak a fenntartása többek között a rácsatlakoztatott kliens eszközökkel. Ezért is fordulhat elő az, hogy nagy kliensszám mellett az access point az elvártnál sokkal alacsonyabb adatátvitelt képes megvalósítani. Ennek is többek között az az oka, hogy az AP nem csak a tényleges adatátvitelre kell, hogy energiát és számítási kapacitást allokáljon, hanem az egyéb teendők elvégzésére is.

Zigbee alkalmazásakor hasonlóan, mint a Wi-Fi esetében, tervezzük meg a hálózatot. Ehhez vegyük figyelembe a következő főbb pontokat:

- tervezzünk topológiát

- Fordítsunk figyelmet Wi-Fi AP és Zigbee koordinátor megfelelő elhelyezése

- végezzünk interferencia mérés

- optimális csatorna választás (Zigbee és Wi-Fi esetén is)

- Wi-Fi kimenő teljesítményének beállítása

- több node – nagyobb megbízhatóság

Hozzászólás írása

Hozzászólások

Ez a blogbejegyzés csak belépve kommentelhető!

Még nincs egy hozzászólás sem.