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WiFi, Bluetooth ou Zigbee? Quelle norme sans fil adapté pour votre application industrielle?

Tom McKinney de HMS Industrial Networks présente une revue des normes sans fil à courte portée disponibles pour les applications industrielles

Récemment, le buzz autour de Industrial IoT a atteint un rugissement assourdissant. Le marché des appareils IIoT devrait connaître une croissance exponentielle au cours des prochaines années, à mesure que les entreprises commenceront à collecter davantage de données sur leurs opérations. Ces données seront utilisées pour surveiller et optimiser les processus. Au fur et à mesure que les entreprises apprendront à utiliser les données saisies pour améliorer les processus, le résultat sera une productivité accrue. Au-delà de la productivité interne, ces données peuvent améliorer les opérations d'une entreprise à l'autre, au bénéfice à la fois du producteur et du client.

De nombreuses avancées technologiques ont convergé pour rendre possibles les déploiements industriels à grande échelle IIoT. Ces progrès incluent la réduction des coûts de stockage des données, des solutions RF à faible consommation d'énergie et des niveaux plus élevés d'accessibilité au réseau. Un autre outil important pour Industrial IoT est la standardisation sans fil.

Wireless a rien de nouveau
Les réseaux sans fil ont été utilisés depuis plus de 30 années dans le marché industriel. Dans le passé, ces réseaux ont été généralement sous des systèmes propriétaires de 1GHz. Les solutions ont utilisé des techniques de modulation d'amplitude simples comme saisie-shift (ASK) ou par déplacement de fréquence (FSK). Radios qui ont soutenu ces types de modulation pourraient être créés facilement avec une poignée de pièces discrètes. L'inconvénient de ces solutions ont une absence totale de sécurité et une bande passante limitée.

Au cours des vingt dernières années, plusieurs normes ont été élaborées pour définir des solutions radio robustes. Les normes les plus récentes sont suffisamment sécurisées pour un déploiement étendu. En outre, plusieurs nouvelles bandes de fréquences libres d'utilisation ont été introduites dans les 80, notamment les bandes 2.4GHz et 5GHz. Aujourd'hui, le déploiement d'une solution radio standardisée constitue un moyen sûr et rentable de surveiller et de contrôler des dispositifs sur le terrain ou en usine. Étant donné le nombre de normes sans fil parmi lesquelles choisir, la question est de savoir quelle norme est la bonne norme à déployer.

Donc LET'S prennent un regard sur les trois normes sans fil les plus communs déployés dans la bande de 2.4GHz: Bluetooth, WiFi et Zigbee.

WiFi
WiFi ou IEEE 802.11a / b / g / n est la plus vaste solution de réseau TCP / IP sans fil grand public et entreprise déployée. WiFi est l'abréviation de Wireless Fidelity. Il s'agit d'une norme utilisée pour identifier les périphériques de réseau local sans fil (WLAN). Le comité qui gère cette norme vise à créer le meilleur remplacement possible de réseau TCP / IP câblé. Le comité donne la priorité à la sécurité et à la rapidité par rapport à tous les autres compromis. En conséquence, 802.11n dispose de la bande passante la plus élevée de toutes les normes sans fil à courte portée. L'inconvénient est la consommation d'énergie et la puissance de traitement nécessaire pour gérer efficacement la pile 802.11. Ces inconvénients ont créé une brèche sur le marché et plusieurs normes ont été établies pour s’adresser au marché des communications sans fil à très basse consommation.

Bluetooth
Bluetooth et Zigbee ont tous deux été introduits pour répondre aux besoins des marchés mal desservis par le WiFi. La norme Bluetooth répondait aux besoins d’un réseau personnel (PAN) à faible consommation. Un PAN est défini comme le réseau qui entoure une personne ou un périphérique intelligent. Les exigences incluent une association rapide, de simples interfaces homme-machine et une consommation réduite. Dans un PAN, plusieurs émetteurs peuvent être placés très proches les uns des autres - Bluetooth inclut une synchronisation pour s’assurer que les émetteurs de périphérique ne se chevauchent pas. Bluetooth a également été conçu dans l’hypothèse où il devrait coexister avec le WiFi et comprend un algorithme de saut de fréquence afin de garantir la transmission des messages Bluetooth même lorsque plusieurs canaux WiFi sont actifs. Enfin, comme Bluetooth utilise un émetteur de très faible puissance, il est moins sensible aux trajets multiples que le WiFi. Par conséquent, Bluetooth peut être déployé avec succès sans analyse ni planification approfondies du site RF. Le système est très résistant au bruit et aux interférences.

Zigbee
Zigbee est basé sur IEEE 802.15.4, une norme de radio sans fil polyvalente et à faible consommation d'énergie qui permet de créer différents protocoles par-dessus la radio standard. Zigbee a décidé de prendre en charge des réseaux de capteurs de faible puissance capables de couvrir une grande surface. Zigbee utilise un réseau maillé et un profil de puissance très agressif pour répondre aux besoins de ce marché de niche. Le protocole de Zigbee est conçu pour une activation et une désactivation rapides, économisant ainsi de l'énergie. Plusieurs autres protocoles ont été construits sur 802.15.4, notamment ISA100, WirelessHART et 6LoWPAN.

Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy (BLE) a été introduit comme une mise à jour du standard Bluetooth. En exploitant certaines des techniques utilisées dans 802.15.4, BLE a pu atteindre des points de puissance encore inférieurs à ceux de Zigbee et prendre en charge de nombreuses fonctionnalités créées à l'origine par l'effort de standardisation Zigbee.

Sélection de la norme pour vous
Alors quel standard est le bon standard à déployer? Cela dépend des exigences du système. En résumé, le WiFi dispose de la bande passante la plus large et de la pile la plus complète, mais Bluetooth, BLE et Zigbee offrent des fonctionnalités idéales pour des applications particulières. Par exemple, si vous surveillez des capteurs alimentés par batterie sur une très grande surface, Zigbee serait la norme idéale. Bluetooth / BLE fonctionne bien comme technologie de remplacement de câble point à point ou pour la surveillance de capteurs sur une zone plus petite. BLE possède une vaste base installée de tablettes et de téléphones, ce qui en fait un excellent choix pour les interfaces homme-machine.

Bien que les normes technologiques peuvent varier, il ne fait aucun doute que de plus en plus d'applications seront connectés sans fil dans un proche avenir. Avec l'avènement de l'Industrielle IdO, des milliards de dispositifs devront brancher à l'Internet, et beaucoup de ces connexions seront sans aucun doute sans fil.

Résumé des avantages et inconvénients de chaque norme:

1) WiFi
une. Avantages
je. Bande passante maximale jusqu'à 600 Mbits / s avec 802.11n
ii. Canaux 25 MHz fixes ou plus grands
iii. Prise en charge des canaux 2.4 et 5GHz
iv. Fonctions de sécurité étendues
b. Les inconvénients
je. La plage est inférieure avec des débits de données plus élevés et 5GHz
ii. Pas un bon match pour les capteurs à piles

2) Bluetooth / BLE
une. Avantages
je. Très faible puissance
ii. Massive déployée
iii. Très bonne performance dans les environnements sans fil encombrés ou bruyants
iv. Facilité d'utilisation, pas de planification de fréquence ni de plan de site
b. Les inconvénients
je. Débit maximum de 2Mbits / s
ii. Pas de norme d'itinérance automatisée

3) Zigbee
une. Avantages
je. Très faible puissance
ii. Canaux fixes entre les canaux WiFi dans la bande 2.4 GHz
iii. Prise en charge des bandes sous 1GHz
b. Les inconvénients
je. Réseau maillé compliqué
ii. Bande passante maximale de 250Kbits / s

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