При создании нового продукта в вашем распоряжении имеется множество стандартов беспроводной связи. Каждый из этих стандартов имеет свой набор преимуществ и недостатков. И выбор одного из них зависит от целей, которые вы ставите перед своим новым электронным продуктом. В этой статье мы рассмотрим три самых популярных стандарта беспроводной связи малого радиуса действия, включая 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, WiFi Direct будет лучшим выбором. Все слышали о Wi-Fi, но мало кто знает о WiFi Direct. Хотя это меняется. Для стандартного Wi-Fi требуется точка доступа. Поэтому, если вы хотите передать данные с одного устройства на другое, они должны пройти через точку доступа. WiFi Direct обладает преимуществами скорости Wi-Fi без необходимости использования точки доступа. Данные могут передаваться напрямую с одного устройства на другое, как с помощью Bluetooth.

В следующей таблице представлено сравнение скоростей трех самых популярных стандарта беспроводной связи малого радиуса действия.

Беспроводной стандарт	Скорость
Bluetooth Low-Energy	1 Мбит/с
Bluetooth Classic	2-3 Мбит/с
Wifi-Direct	100-250 Мбит/с

Максимальная скорость передачи данных WiFi Direct примерно в 10 раз превышает скорость, которую можно получить при использовании Bluetooth Classic. Так, например, если вашему продукту необходимо передавать потоковое видео, особенно видео высокой четкости, вам понадобится самое быстрое беспроводное соединение - в этом случае преимущество Wi-Fi Direct выглядит неоспоримым.

На другом конце спектра скоростей находится Bluetooth Low-Energy (также называемый Bluetooth Smart, или, по другому Bluetooth с низким энергопотреблением), 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, координат GPS.

Если вам необходимо постоянно передавать данные, например, при потоковой передаче звука, вам обычно необходимо использовать Bluetooth Classic, который оптимизирован для потоковой передачи приложений, в то время как BLE оптимизирован для коротких и нечастых пакетов данных.

Однако можно использовать BLE для потоковой передачи звука, но не с тем же качеством, что и с Bluetooth Classic. Например, поставщик стека Bluetooth  Searan LLC  может предоставить вам специальный стек Bluetooth LE, который обеспечивает потоковую передачу звука.

Дальность связи

Максимальный радиус действия WiFi Direct составляет около 200 футов, тогда как для Bluetooth (классического и низкоэнергетического) обычно всего около 50 футов. Увеличение радиуса действия WiFi Direct возможно благодаря более высокой мощности передачи, используемой WiFi Direct.

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

В следующей таблице приведено сравнение рассматриваемых нами протоколов беспроводной связи по дальности действия.

Bluetooth Low-Energy	Обычно 50 футов, но до 1500 футов с расширителем диапазона
Bluetooth Classic	Обычно 50 футов, но до 3000 футов с расширителем диапазона
Wifi-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 было указано ранее. Но можно использовать передатчик класса 1 с радиусом действия около 300 футов. Но, как и в случае с WiFi Direct, более высокая мощность передачи достигается за счет сокращения срока службы батареи.

Используя схему расширения диапазона (которая состоит в основном из очень чувствительного приемника), вы можете еще больше увеличить радиус действия Bluetooth. Например, поставщик модулей Bluetooth Bluegiga предлагает модуль BLE дальнего действия (BLE121LR) с радиусом действия примерно 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) может передавать данные на большую дальность, чем WiFi Direct, при этом потребляя при этом очень мало энергии. Это возможно благодаря замечательной функции, называемой ячеистой сетью (Mesh-сетью).

Обычно для отправки данных с устройства A на устройство C вы должны сформировать 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. Таким образом, если устройство B окажется на полпути между A и C, то A и C могут находиться в два раза дальше друг от друга, чем обычно допускается. Это связано с тем, что устройство B действует как ретранслятор или, во многих отношениях, усилитель сигнала. Эту идею можно расширить, сделав возможной большую сеть взаимосвязанных маломощных устройств, распределенных на большом расстоянии. Фактически, с помощью ячеистой сети можно соединить до 65 000 устройств.

Ведущий производитель микрочипов Bluetooth под названием CSR начал включать ячеистую сеть в свои чипы Bluetooth Low-Energy в 2014 году. На данный момент они являются единственным производителем чипов, предлагающим ячеистую сеть с BLE. Однако я сомневаюсь, что так будет и дальше.

Существует возможность разработки специального стека Bluetooth, позволяющего создавать ячеистую сеть с другими чипами или с Bluetooth Classic. Я знаю, что поставщик стека Bluetooth Searan имеет возможность добавлять ячеистую сеть в свои стеки Bluetooth.

Мощность / Срок службы батареи / Размер батареи

Более высокая скорость и большая дальность прямой передачи коррелируют с более высоким энергопотреблением и, следовательно, с более коротким сроком службы батареи. Поэтому, если время автономной работы или размер батареи важны для вашего продукта, энергопотребление становится критически важным.

Bluetooth Low-Energy (BLE) является явным победителем с точки зрения низкого энергопотребления. В первую очередь он был разработан для приложений Интернета вещей, которым часто приходится работать от одной небольшой батареи для часов. Устройство BLE может работать год или два на одной батарейке для часов. Это возможно, прежде всего, потому, что эти типы продуктов предназначены для передачи лишь изредка. Например, устройство BLE может передавать данные только в течение 1 секунды один раз в минуту. Это означает, что устройство простаивает 59/60 = 98,3% времени.

Если же вам нужно низкое энергопотребление и большие дистанции связи, которые невозможно обеспечить с помощью BLE, то присмотритесь к такой технологии как LoRa, которая появилась в 2015 году, но за прошедшее время уже успела стать невероятно популярной.

Совместимость

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

Поддержка совместимости рассматриваемых нами стандартов представлена в следующей таблице.

Bluetooth Low-Energy	Все версии	Все версии
Bluetooth Classic	Версия 4.3 или новее	Версия 4S или новее
Wifi-Direct	Версия 4.0 или новее	Версия 5S или новее

Как видим, условия совместимости у рассматриваемых стандартов отличаются.

Лучшее из двух миров: двухрежимный Bluetooth

Для некоторых приложений иногда лучшим выбором является Bluetooth Classic, а для некоторых - Bluetooth Low-Energy. Например, возможно, вы предпочитаете Bluetooth Low-Energy для экономии заряда батареи, но вы также хотите обеспечить совместимость со старыми смартфонами.

Лучшим решением может быть двухрежимный Bluetooth. При общении с новыми телефонами вы можете использовать режим BLE для экономии заряда батареи, но если вам нужно подключиться к более старым телефонам, вы можете выбрать классический режим. Большинство производителей чипов Bluetooth и поставщиков модулей сейчас предлагают двухрежимные решения Bluetooth.

Безопасность

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

Заключение

Как всегда бывает в инженерном деле, между различными решениями приходится искать компромиссы. Ни одно решение не является лучшим во всех случаях. 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 время автономной работы является вашей главной заботой, тогда ваш выбор довольно прост. Но если вас одинаково заботят как скорость, так и энергопотребление, тогда ваш выбор становится более сложным.

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

46 просмотров