Bluetooth или Wi-Fi - что лучше всего подходит для вашего нового беспроводного продукта?

При создании нового продукта в вашем распоряжении множество стандартов беспроводной связи. У каждого варианта есть свои преимущества и недостатки. Это действительно зависит от вашей цели. В этой статье мы рассмотрим три самых популярных стандарта беспроводной связи ближнего действия, в том числе: Bluetooth Classic, Bluetooth Low-Energy (BLE) и WiFi Direct.

Жажда скорости

Если высокоскоростная передача данных является наиболее важным требованием для вашего продукта, то, скорее всего, лучшим выбором будет WiFi Direct. Все слышали о WiFi, но мало кто знает о WiFi Direct. Хотя это меняется. Для стандартного Wi-Fi требуется точка доступа. Поэтому, если вы хотите передавать данные с одного устройства на другое, они должны проходить через точку доступа. WiFi Direct обладает преимуществами скорости WiFi без необходимости в точке доступа. Данные могут передаваться напрямую с одного устройства на другое, как с Bluetooth.

Сравнение скорости
Стандарт беспроводной связи	Скорость
Bluetooth с низким энергопотреблением	1 Мбит / с
Bluetooth классический	2-3 Мбит / с
Wi-Fi-Direct	100-250 Мбит / с

WiFi Direct имеет максимальную скорость передачи данных, примерно в 10 раз превышающую скорость, достижимую с Bluetooth Classic. Так, например, если вашему продукту требуется потоковая передача видео, особенно видео высокой четкости, вам потребуется максимально быстрое беспроводное соединение. Невозможно, чтобы Bluetooth был достаточно быстрым, поэтому вам почти наверняка понадобится подключение Wi-Fi Direct.

На другом конце диапазона скоростей находится Bluetooth Low-Energy (также называемый Bluetooth Smart), который примерно в 2-3 раза медленнее, чем Bluetooth Classic, или в 20-30 раз медленнее, чем WiFi Direct. Обычно он используется для передачи небольших объемов периодических данных, таких как показания датчиков (температура, ускорение и т. Д.) Или, возможно, координаты GPS.

Когда вам нужно постоянно передавать данные, например, при потоковой передаче звука, вам обычно необходимо использовать Bluetooth Classic. Bluetooth Classic оптимизирован для потоковых приложений, в отличие от BLE, который оптимизирован для коротких, нечастых пакетов данных.

Однако можно использовать BLE для потоковой передачи звука, но не с таким же качеством, как с Bluetooth Classic. Например, поставщик стека Bluetooth, Searan LLC, может предоставить вам настраиваемый стек Bluetooth LE, который позволяет передавать потоковое аудио.

Диапазон передачи

Wi-Fi Direct имеет максимальную дальность действия около 200 футов, тогда как для Bluetooth (классический и с низким энергопотреблением) обычно составляет всего около 50 футов. Увеличенный диапазон WiFi Direct возможен из-за более высокой мощности передачи, используемой WiFi Direct.

Компромисс - время автономной работы, и эта увеличенная мощность передачи разряжает небольшую батарею намного быстрее, чем любой стандарт Bluetooth.

Сравнение диапазонов
Bluetooth с низким энергопотреблением	50 футов обычно, но до 1500 футов с расширителем диапазона
Bluetooth классический	50 футов обычно, но до 3000 футов с расширителем диапазона
Wi-Fi-Direct	200 футов

Но подождите… не всегда все так просто. Есть некоторые исключения. Прежде всего, на самом деле существуют разные классы передатчиков Bluetooth. В большинстве продуктов Bluetooth используется передатчик класса 2 с радиусом действия около 50 футов, как указывалось ранее. Но можно использовать передатчик класса 1 с дальностью действия около 300 футов. Но, как и в случае с WiFi Direct, более высокая мощность передачи достигается за счет уменьшения времени автономной работы.

Используя схему расширителя диапазона (которая в основном состоит из очень чувствительного приемника), вы можете еще больше увеличить диапазон с помощью Bluetooth. Например, поставщик модуля Bluetooth Bluegiga предлагает модуль BLE дальнего действия (BLE121LR) с радиусом действия до 1500 футов. Они также предлагают модуль дальнего действия Bluetooth Classic (WT41) с радиусом действия до 3000 футов!

Есть еще одно исключение. В некоторых приложениях Bluetooth (даже версия с низким энергопотреблением) действительно может передавать данные в большем диапазоне, чем WiFi Direct, при этом потребляя очень мало энергии. Это возможно благодаря замечательной функции, называемой ячеистой сетью.

Обычно для отправки данных с устройства A на устройство C вы должны создать прямую связь между A и C. Но с помощью ячеистой сети вы можете вместо этого отправлять данные с устройства A на устройство C через устройство B. Поэтому, если устройство B находится на полпути между A и C, тогда A и C могут находиться вдвое дальше, чем обычно допускается. Это связано с тем, что устройство B действует как реле или во многих отношениях усилитель сигнала. Эту идею можно расширить, сделав возможным создание большой сети взаимосвязанных устройств с низким энергопотреблением, расположенных на большом расстоянии. Фактически, с помощью сетки можно соединить до 65 000 устройств.

Ведущий производитель микрочипов Bluetooth под названием CSR начал включать ячеистые сети в свои чипы Bluetooth с низким энергопотреблением в 2014 году. Пока что он является единственным производителем чипов, предлагающим ячеистые сети с BLE. Однако я сомневаюсь, что так будет дольше.

Существует возможность разработки специального стека Bluetooth, позволяющего создавать ячеистые сети с другими микросхемами или с Bluetooth Classic. Я знаю, что у поставщика стека Bluetooth Searan есть возможность добавлять ячеистые сети в свои стеки Bluetooth.

Мощность / Срок службы батареи / Размер батареи

Более высокая скорость и больший диапазон прямой передачи коррелируют с более высоким потреблением энергии и, следовательно, меньшим сроком службы батареи. Поэтому, если для вашего продукта важны срок службы батареи или ее размер, потребление энергии становится критическим.

Bluetooth Low-Energy (BLE) - явный победитель в отношении низкого энергопотребления. Он был в первую очередь разработан для приложений Интернета вещей, которым часто требуется работать от одной небольшой батареи для часов. Устройство BLE может работать год или два от одной батареи для часов. Это возможно прежде всего потому, что эти типы продуктов предназначены для передачи только изредка. Например, устройство BLE может передавать данные только в течение 1 секунды один раз в минуту. Это означает, что устройство находится в режиме ожидания 59/60 = 98,3% времени.

Совместимость

Если для вашего продукта критически важна совместимость со старыми смартфонами, то Bluetooth Classic может быть лучшим выбором. Все смартфоны поддерживают Bluetooth Classic, но только более новые телефоны поддерживают BLE и WiFi Direct.

Сравнение диапазонов
Bluetooth с низким энергопотреблением	Все версии	Все версии
Bluetooth классический	Версия 4.3 или новее	Версия 4S или новее
Wi-Fi-Direct	Версия 4.0 или новее	Версия 5S или новее

Лучшее из двух миров: двойной режим Bluetooth

Для некоторых приложений иногда лучше всего подходит Bluetooth Classic, а в других случаях - Bluetooth с низким энергопотреблением. Например, возможно, вы предпочитаете Bluetooth с низким энергопотреблением для экономии заряда батареи, но вы также хотите обеспечить совместимость со старыми смартфонами.

Лучшим решением может стать Bluetooth Dual-Mode. При общении с новыми телефонами вы можете использовать режим экономии заряда батареи BLE, но когда вам нужно подключиться к более старым телефонам, вы можете выбрать классический режим. Большинство производителей микросхем Bluetooth и поставщиков модулей предлагают двухрежимные решения Bluetooth.

Безопасность

Все три стандарта беспроводной связи обеспечивают высокий уровень безопасности. Однако WiFi использует 256-битное шифрование, а Bluetooth (Classic и LE) использует только 128-битное шифрование. В большинстве случаев уровень безопасности Bluetooth достаточен, но если безопасность критически важна для вашего продукта, WiFi Direct может быть лучшим вариантом.

Резюме

Как всегда бывает в инженерном деле, между различными решениями приходится идти на компромисс. Нет лучшего решения для всех приложений. Вам необходимо решить, какие критерии наиболее важны для вашего продукта. Это может быть просто или сложно. Если скорость - это все, что вас волнует, ваш выбор прост. Или, если ваша основная забота о времени автономной работы, тогда ваш выбор довольно прост. Но если вы одинаково заботитесь как о скорости, так и об энергопотреблении, ваш выбор становится более сложным.

Решение о том, какие характеристики являются наиболее важными для вашего продукта, всегда является сложной задачей при разработке продукта. Добро пожаловать в мир разработки продуктов, где нет ничего простого. Если бы это было просто, каждая компания была бы такой же успешной, как Apple.

об авторе

Джон Тил - президент компании Predictable Designs, которая помогает предпринимателям, стартапам, производителям, изобретателям и небольшим компаниям выводить на рынок новые электронные продукты. Джон раньше был старшим инженером-конструктором в компании Texas Instruments, где он создавал электронные конструкции, которые теперь используются в миллионах продуктов (в том числе и от Apple). Он также является успешным предпринимателем, который разработал свой собственный продукт, изготовил его в Азии и продал в сотнях торговых точек в разных странах. Загрузите его бесплатную шпаргалку: 15 шагов к разработке нового электронного продукта.