Bluetooth VS WiFi VS ZigBee: какая беспроводная технология лучше

Сравнение беспроводных технологий — это последний писк моды в наши дни! От Bluetooth до Wi-Fi и ZigBee — у наших гаджетов появилось больше способов «общаться» друг с другом. Но как при таком количестве доступных вариантов сравнения подключений выбрать лучший беспроводной протокол? Не волнуйтесь, я здесь, чтобы разобрать различия между Bluetooth, Wi-Fi и ZigBee, чтобы вы могли выбрать лучший для своих нужд. Что бы вы ни хотели сделать — перейти на беспроводную связь с наушниками, настроить беспроводную систему «умный дом» или просто бесперебойно подключить устройства. К концу такие термины, как BLE и ячеистые сети, обретут для вас смысл. Давайте перейдем на беспроводную связь и избавимся от ограничивающих проводов!

Обзор беспроводных протоколов Bluetooth, WiFi и Zigbee

Существует множество беспроводных технологий малого радиуса действия, используемых для соединения современных устройств в локальные сети. Bluetooth, Wi-Fi и ZigBee — три распространённых стандарта беспроводной связи, используемых для беспроводных локальных сетей (WLAN) подключение. Хотя все они обеспечивают беспроводную связь на короткие расстояния, каждая технология обладает уникальными возможностями для различных потребностей в подключении к Интернету вещей.

Что такое Bluetooth

Bluetooth — это стандарт беспроводной связи малого радиуса действия для соединения мобильных и стационарных устройств на расстоянии до 10 метров. Он использует технологию скачкообразной перестройки частоты в диапазоне 2.4 ГГц для предотвращения помех и затухания сигнала.

Bluetooth разработан для надежного беспроводного соединения с низким энергопотреблением и низкой стоимостью. Он прошел через несколько этапов развития. версии Bluetooth повышение скорости передачи данных до 3 Мбит/с. Bluetooth Low Energy (BLE) обеспечивает сверхнизкое энергопотребление для устройств Интернета вещей. В целом, Bluetooth отлично подходит для беспроводных соединений на малых расстояниях между устройствами, обеспечивая потоковую передачу аудио, данных и управление.

Что такое Wi-Fi

Wi-Fi (Wireless Fidelity) обеспечивает высокоскоростной беспроводной интернет и сетевой доступ с помощью радиоволн. Технология работает в диапазонах 2.4 ГГц и 5 ГГц и обеспечивает значительно более высокую скорость передачи данных, чем Bluetooth.

При использовании беспроводного маршрутизатора или точки доступа Wi-Fi обеспечивает удобный беспроводной доступ в Интернет на расстоянии до 50 метров. Поскольку прямая видимость не требуется, Wi-Fi удобен для подключения к Интернету и другим устройствам через точки доступа, создающие беспроводные локальные сети (WLAN). Wi-Fi отлично подходит для мобильного беспроводного доступа в Интернет и создания сетей ad hoc для приложений, требующих высокой пропускной способности.

Что такое Зигби

Zigbee — это протокол с низким энергопотреблением и низкой скоростью передачи данных. Основанный на стандарте IEEE 802.15.4, Zigbee ориентирован на создание простых самоорганизующихся сетей между устройствами с низким энергопотреблением. Работая в различных нелицензируемых радиодиапазонах, включая 2.4 ГГц, Zigbee использует метод модуляции с прямым расширением спектра (Direct Sequence Spread Spectrum) для обеспечения надежной передачи данных на расстоянии до 100 метров.

Благодаря скорости передачи данных до 250 кбит/с протокол Zigbee подходит для периодической или прерывистой передачи небольших пакетов данных. К распространённым сферам применения Zigbee относятся интеллектуальные системы освещения, термостаты, системы безопасности и другие простые устройства Интернета вещей, не требующие высокой пропускной способности. Zigbee оптимизирован для сетей с маломощными устройствами и беспроводного управления домашней автоматикой.

Bluetooth против WiFi против ZigBee: fсравнение характеристик

Bluetooth, Wi-Fi и ZigBee — это разные стандарты беспроводной связи. Анализ их сходств и различий поможет лучше понять эти важные протоколы.

Диапазоны частот: Bluetooth работает в диапазоне ISM 2.4 ГГц, используя 40 каналов от 2402 МГц до 2480 МГц для Bluetooth Low Energy. Wi-Fi использует как спектр 2.4 ГГц, так и диапазон 5 ГГц, доступные диапазоны частот различаются в зависимости от страны. Как и Bluetooth, ZigBee использует диапазон ISM 2.4 ГГц, а именно 16 каналов от 2405 МГц до 2480 МГц.

Скорость передачи данных: WiFi6 обеспечивает значительно более высокую максимальную скорость передачи данных — до 9.6 Гбит/с благодаря новейшему стандарту 802.11ax. Для сравнения, Bluetooth 5 поддерживает скорость 2 Мбит/с как для Classic, так и для BLE-версии, а ZigBee — до 250 Кбит/с. Однако ZigBee отличается оптимизированным энергосберегающим решением.

Диапазон: Типичный радиус действия Bluetooth составляет до 100 м. Wi-Fi расширяет радиус действия примерно до 50 м в помещении и до 100 м на улице для сетей 2.4 ГГц. Радиус действия ZigBee составляет около 10–100 м для сетей умного дома и сенсорных сетей. Максимальный радиус действия зависит от таких факторов, как окружающая среда, выходная мощность, коэффициент усиления антенны и т. д.

потребляемая мощность: И Bluetooth, и ZigBee делают акцент на низком энергопотреблении, что делает их идеальными для беспроводных устройств с питанием от аккумуляторов. Энергоэффективность — ключевой приоритет разработки BLE. ZigBee использует спящие узлы для экономии энергии в ячеистых сетях. Wi-Fi потребляет больше энергии при высокой пропускной способности, но улучшен для подключения к Интернету вещей.

Точность.  Базовый Bluetooth обеспечивает точность, основанную на оценке близости, путем оценки уровня сигнала. Wi-Fi и ZigBee совершенствуют этот подход, используя трилатерацию с несколькими точками доступа для определения местоположения устройства. Bluetooth 5 предоставляет новые возможности точности благодаря измерениям угла прибытия (AOA), времени пролета (TOF) и маякам местоположения для достижения высокой точности.

Топология сети: Bluetooth использует топологию «звезда», в которой все устройства подключаются напрямую к центральному устройству. Bluetooth также может устанавливать ad-hoc соединения «точка-точка» между двумя устройствами. Сети Wi-Fi обычно используют топологию «точка-концентратор», в которой устройства подключаются к центральной точке доступа. Также возможны ad-hoc сети, в которых устройства подключаются напрямую по одноранговой схеме. ZigBee поддерживает топологии «сетка», «звезда» и «дерево». Ячеистые сети обеспечивают гибкую маршрутизацию, а сети типа «звезда» имеют центральный координатор.

Стоимость: Аппаратная стоимость Bluetooth невелика, поскольку он интегрирован в большинство современных устройств. Эксплуатационные расходы также невелики, поскольку потребляет мало энергии. Стоимость аппаратной части Wi-Fi средняя, поскольку чипы и точки доступа стоят дороже, чем Bluetooth-радио. Эксплуатационные расходы выше из-за большего энергопотребления. ZigBee стремится к простоте и дешевизне аппаратного обеспечения, что делает его дешевле Wi-Fi. Эксплуатационные расходы также невелики благодаря оптимизированной работе с низким энергопотреблением.

Pплюсы и минусы Блютуз, Вай-фай, и Zigbee

Особенности Wi-Fi, Bluetooth и ZigBee могут обуславливать различные преимущества и ограничения каждой беспроводной технологии. Различия в их возможностях определяют определённые плюсы и минусы при выборе беспроводных протоколов.

Преимущества Bluetooth

• Низкое энергопотребление: устройства Bluetooth работают от аккумуляторов дольше благодаря меньшему потреблению энергии по сравнению с Wi-Fi.
• Безопасная передача: Bluetooth использует протоколы шифрования данных для безопасной передачи информации между устройствами.
• Широкая совместимость: Bluetooth поддерживается многими типами устройств, такими как телефоны, колонки, наушники, что упрощает подключение.

Минусы Bluetooth

• Ограниченный радиус действия: типичный радиус действия Bluetooth составляет 10–100 метров, что ограничивает возможности его использования соединениями на коротких расстояниях.
• Ограничения скорости: скорость передачи данных по Bluetooth значительно ниже, чем по WiFi.
• Подверженность помехам: Bluetooth восприимчив к помехам от других Bluetooth-устройств, а также от некоторых электронных устройств.

Преимущества Wi-Fi

• Высокоскоростная передача данных: Wi-Fi с его высокой пропускной способностью обеспечивает быструю загрузку, потоковую передачу и доступ к сети.
• Гибкость и мобильность: пользователи могут получить доступ к сети в любой точке зоны покрытия беспроводного сигнала и перемещаться, оставаясь на связи.
• Простота установки: локальную сеть можно настроить, установив одну или несколько точек доступа, охватывающих всю территорию.
• Простота обнаружения неисправностей: неисправные устройства в беспроводной сети легко определить и заменить, восстановив подключение.

Минусы Wi-Fi

• Энергоемкость: WiFi потребляет больше энергии по сравнению с Bluetooth и XigBee, что может привести к более быстрой разрядке батареи.
• Ухудшение сигнала: стены и препятствия могут ослабить сигнал WiFi, что снижает качество связи.
• Проблемы с настройкой: для сетей Wi-Fi требуются пароли, имена и настройка новых устройств, что может быть утомительно.

Преимущества Zigbee

• Чрезвычайно низкое энергопотребление: оптимизированное энергопотребление ZigBee обеспечивает эффективную передачу небольших пакетов.
• Ячеистая сеть: устройства ZigBee могут передавать данные на большие расстояния через промежуточные узлы ячеистой сети.
• Встроенная безопасность: Zigbee включает протоколы шифрования и аутентификации для обеспечения безопасности данных во время передачи.

Минусы Zigbee

• Низкая скорость передачи данных: ZigBee имеет гораздо более низкую максимальную скорость передачи данных по сравнению с WiFi и Bluetooth.
• Меньшая экосистема: по сравнению с другими протоколами, с Zigbee работает меньше совместимых устройств и платформ.

Различные варианты использования Bluetooth, Wi-Fi и ZigBee

Bluetooth, изначально предназначенный для беспроводной потоковой передачи аудио и данных, превратился в важнейшую технологию подключения к Интернету вещей. С развитием BLE и ячеистых сетей Bluetooth теперь обеспечивает связь между устройствами умного дома, носимыми устройствами и фитнес-трекерами, а также маяками для расположение в помещении и навигация, датчики промышленной автоматизации и многое другое. Тем не менее, потоковая передача аудио и передача данных на короткие расстояния между устройствами, такими как смартфоны, остаются основными сферами применения Bluetooth. Благодаря значительным улучшениям Bluetooth 5.0 и более поздних версий, Bluetooth также широко используется в геолокационных сервисах.

Wi-Fi в основном используется для создания беспроводных локальных сетей, обеспечивая подключение к Интернету и доступ к сети в таких местах, как дома, в офисах и общественных точках доступа. Благодаря высокой пропускной способности и скорости передачи данных, Wi-Fi отлично подходит для потокового видео, голосовых вызовов, загрузки больших файлов и других приложений, требующих высокой пропускной способности. Однако высокое энергопотребление ограничивает его применение в устройствах Интернета вещей с питанием от аккумуляторов. Хотя сети Wi-Fi могут охватывать целые здания, радиус действия одного маршрутизатора ограничен. Тем не менее, для локальных приложений Интернета вещей, требующих передачи больших объемов данных без ограничений по мощности, Wi-Fi остается отличным выбором, особенно с учетом возросших скоростей новых стандартов, таких как Wi-Fi 6.

Zigbee оптимизирован для систем мониторинга и управления с низким энергопотреблением и низкой скоростью передачи данных. Благодаря своим возможностям ячеистых сетей, Zigbee широко используется для домашней автоматизации, соединяя такие устройства, как умные светильники, термостаты, замки и другие приборы, которым требуется локальная связь без высокой пропускной способности. Протокол также используется в промышленных сетях управления и сенсорных сетях, где требуется беспроводная связь на короткие расстояния. Однако ячеистые сети лучше подходят для локальных сред с равномерно распределенными узлами, чем для обширных или сложных объектов.

Bluetooth, Wi-Fi или ZigBee: что выбрать для лучшего подключения

Для простого сопряжения устройств и беспроводной связи на небольшом расстоянии Bluetooth является наиболее подходящим беспроводным протоколом. Благодаря Bluetooth Low Energy можно передавать небольшие объёмы данных по беспроводной сети между умными устройствами, такими как носимые устройства и смартфоны, при очень низком энергопотреблении. BLE-маяки также используются для позиционирования внутри помещений и услуг с определением расстояния.

Для устройств умного дома, таких как освещение, замки и бытовая техника, которым требуется локальная передача данных без высокой пропускной способности, ячеистая структура сети ZigBee и низкое энергопотребление делают его оптимальным выбором. Радиуса действия ZigBee до 100 м достаточно для дома среднего размера.

Wi-Fi не идеален для компактных устройств Интернета вещей с питанием от аккумулятора из-за повышенного энергопотребления. Однако для приложений Интернета вещей, требующих передачи больших объёмов данных по локальной беспроводной сети, Wi-Fi обеспечивает высокую скорость передачи данных, необходимую для передачи видео и голоса, а также надёжную работу сети.

Подводя итог, можно сказать, что BLE подходит для маломощных носимых устройств и маяков, ZigBee отлично подходит для домашней и промышленной автоматизации, а Wi-Fi лучше всего подходит для высокоскоростных локальных сетей передачи данных IoT. Учёт конкретных потребностей в подключении и ограничений устройств помогает выбрать правильный протокол и производителя IoT.

Часто задаваемые вопросы о Bluetooth, WiFi и ZigBee

В1: В чем разница между Bluetooth и WiFi?

Bluetooth предназначен для беспроводной связи на короткие расстояния, в то время как Wi-Fi обеспечивает беспроводную локальную сеть на большие расстояния. Bluetooth потребляет меньше энергии, что делает его подходящим для устройств с питанием от аккумуляторов. Wi-Fi обеспечивает более высокую скорость передачи данных.

В2: Что такое Bluetooth 5 и какие улучшения он обеспечивает?

Bluetooth 5 — это значительное улучшение по сравнению с Bluetooth 4.2. Он увеличивает радиус действия в четыре раза, скорость — вдвое, а объём передаваемых сообщений — на 800%. Это означает, что возможен более быстрый обмен данными на больших расстояниях.

Q3: В чем преимущество сетей Bluetooth Mesh?

Технология Bluetooth Mesh позволяет отдельным Bluetooth-устройствам взаимодействовать друг с другом через «сетчатые» соединения. Это расширяет зону действия сетей Bluetooth, сохраняя при этом низкое энергопотребление и устраняя необходимость в шлюзах.

В4: Могут ли Zigbee и WiFi работать вместе?

Да, ZigBee и Wi-Fi могут дополнять друг друга в одной сети. Wi-Fi обеспечивает более широкое покрытие сети с высокой скоростью передачи данных, а ZigBee — экономичное управление отдельными устройствами. Оба протокола можно интегрировать через концентратор или шлюз.

В5: Bluetooth, WiFi или ZigBee: что лучше для устройств умного дома?

Многие устройства для умного дома используют разные стандарты беспроводной связи. Простые аксессуары, такие как умные светильники, могут использовать ZigBee или Bluetooth. Устройства, которым требуется более высокая пропускная способность, например, камеры видеонаблюдения, часто используют Wi-Fi. Некоторые устройства поддерживают несколько стандартов.