A estrada para o Wireless – qual padrão sem fio é o melhor para você

WiFi, Bluetooth ou Zigbee? Tom McKinney, da HMS Industrial Networks, oferece uma revisão dos padrões sem fio de curto alcance disponíveis para aplicações industriais.

Recentemente, o burburinho em torno do IoT industrial tem crescido a um rugido ensurdecedor. Espera-se que o mercado dos dispositivos IIoT cresça exponencialmente nos próximos anos à medida em que as empresas começam a coletar mais dados em suas operações. Esses dados serão utilizados para monitorar e otimizar processos, e como as empresas estão aprendendo a utilizar os dados obtidos para melhorar os processos, o resultado será o aumento da produtividade. Além da produtividade interna, esses dados podem levar à melhoria das operações de empresa-a-empresa que beneficiam tanto o produtor e o cliente.

Vários avanços tecnológicos se convergiram para tornar as implantações em larga escala de IIoT industrial possível. Esses avanços incluem a redução nos custos de armazenamento de dados, soluções de RF de potência mais baixa e maiores níveis de acessibilidade de rede. Outro facilitador importante para IoT Industrial é a padronização sem fio.

Wireless não é novidade
As redes sem fio têm sido utilizadas há mais de 30 anos no mercado industrial. No passado, essas redes eram tipicamente sistemas proprietários sub 1GHz. As soluções utilizavam técnicas simples de modulação como amplitude-shift keying (ASK) ou frequency-shift keying (FSK). Rádios compatíveis com estes tipos de modulação podiam ser criadas facilmente com algumas peças discretas. A desvantagem destas soluções era uma total falta de segurança e largura de banda limitada.

Ao longo dos últimos 20 anos, vários padrões foram desenvolvidos para definir soluções robustas de rádio. Os padrões mais recentes são suficientemente seguros para ampla implantação. Além disso, várias novas faixas de frequência gratuitas foram introduzidas nos anos 80, incluindo 2.4GHz e 5GHz. Implantar uma solução de rádio padronizada hoje é uma forma segura e de bom custo-benefício para monitorar e controlar dispositivos no campo ou fábrica. Dado o alto número de padrões wireless à sua escolha, a questão torna-se que padrão é o padrão certo para implantar.

Então, vamos dar uma olhada nos três padrões sem fio mais comuns implementados na banda de 2,4 GHz:

Bluetooth, WiFi e Zigbee.

WiFi
A rede Wi-Fi ou IEEE 802.11a/b/g/n é a maior solução de rede pessoal e empresarial TCP/IP implantada. Wi-Fi é uma abreviação de Wireless Fidelity (fidelidade sem fio) e é um padrão usado para identificar dispositivos Wireless Local Area Network (WLAN; Rede Local Sem Fio). A comissão de gestão deste padrão visa criar a melhor substituição possível para redes TCP/IP com fio. A comissão prioriza segurança e velocidade sobre todas as outras compensações. Como resultado, a 802.11n tem a maior largura de banda de todos os padrões sem fio de curto alcance. A desvantagem é o consumo de energia e potência necessária para gerenciar de forma eficaz a alimentação da 802.11. Estas desvantagens criaram uma lacuna no mercado e vários padrões surgiram para atender ao mercado sem fio de baixa potência.

Bluetooth
As tecnologias Bluetooth e Zigbee foram introduzidas para atender aos mercados não atendidos bem por WiFi. O padrão Bluetooth abordou a necessidade de uma Personal Area Network (PAN; Rede de Área Pessoal) de baixa potência. Uma PAN é definida como a rede que rodeia uma pessoa ou um dispositivo inteligente. Os requisitos incluem rápida associação, simples interfaces humano-máquina e baixa potência. Numa PAN, múltiplos transmissores podem ser posicionados muito perto um do outro - o Bluetooth inclui tempo para garantir que transmissores de dispositivo não se sobreponham. O Bluetooth também foi projetado sob o pressuposto de que teria de coexistir com WiFi e inclui um algoritmo de mudança de frequência para garantir que as mensagens Bluetooth sejam transmitidas mesmo quando múltiplos canais WiFi estão ativos. Finalmente, pelo fato do Bluetooth utilizar um transmissor de potência muito baixa, ele é menos sensível a multi-caminho em comparação com o Wi-fi. Como resultado, o Bluetooth pode ser implantado com sucesso, sem extensas revisões e planejamento RF de local. O sistema é muito resistente ao ruído e interferência.

Zigbee
O Zigbee é baseado no IEEE 802.15.4 que é um padrão sem fio de rádio de uso geral e baixo consumo que permite que diferentes protocolos sejam construídos no topo do padrão de rádio. O Zigbee foi projetado para suportar redes de sensores de baixa potência capazes de cobrir uma grande área. O Zigbee usa rede articulada e um perfil de energia muito agressivo para atender às necessidades desse nicho de mercado. O Protocolo de Zigbee foi projetado para rápido acionamento e desligamento, assim economizando energia. Vários outros protocolos foram construídos sobre o 802.15.4, incluindo ISA100, WirelessHART e 6LoWPAN.

Bluetooth de Baixa Energia
Bluetooth de Baixa Energia (Bluetooth Low Energy; BLE) foi introduzido como uma atualização para o padrão Bluetooth. Aproveitando algumas das técnicas utilizadas no 802.15.4, o BLE foi capaz de atingir pontos de energia ainda mais baixos quando comparado ao Zigbee e suportar muitas das características originalmente criadas pelo esforço normal do Zigbee.

Selecionando o padrão para você
Então, qual padrão é o padrão certo de implantar? Isso depende dos requisitos do sistema. Em suma, o WiFi tem a maior largura de banda e tecnologia mais abrangente, mas o Bluetooth, o Zigbee e o BLE oferecem recursos ideais para aplicações específicas. Por exemplo, para monitorar sensores movidos a pilha sobre uma área muito grande, Zigbee seria o padrão ideal. Bluetooth/BLE funcionam bem como uma tecnologia de substituição de cabos ponto-a-ponto para monitorizar sensores sobre uma área menor. O BLE tem uma enorme base instalada de tablets e telefones, sendo uma excelente escolha para interfaces homem-máquina.

Embora os padrões tecnológicos variem, não há dúvida de que mais e mais aplicações serão conectadas sem fio em um futuro próximo. Com o advento da Internet das IoT Industrial, bilhões de dispositivos terão que se conectar à Internet, e muitas dessas conexões sem dúvida serão sem fio.

Resumo dos prós e contras de cada padrão:

1) WiFi
      a. Prós
           i. Maior largura de banda de até 600Mbits/s com 802.11n
           ii. Canais corrigidos 25 MHz ou maiores
           iii. Suporte para canais de 2.4 e 5GHz
           iv. Recursos abrangentes de segurança
      b. Contras
           i. A faixa é menor com maiores taxas de dados e 5GHz
           ii. Não é uma boa combinação para sensores movidos a pilha?

2) Bluetooth/BLE
      a. Prós
           i. Potência muito baixa
           ii. Implantado em larga escala
           iii. Ótimo desempenho em ambientes sem fio congestionados ou ruidosos
           iv. Facilidade de uso, não há planejamento de frequência ou requisitos de mapa do site
      b. Contras
           i. Taxa máxima de dados de 2 Mbits/s
           ii. Sem padrão de roaming automático

3) Zigbee
      a. Prós
           i. Potência muito baixa
           ii. Canais fixos entre canais wi-fi em banda de 2,4 GHz
           iii. Suporte para faixas de 1GHz sub
      b. Contras
          i. Rede em malha complicada
          ii. Máxima largura de banda de 250Kbits/s

Sobre o autor: Tom McKinney é Gerente de Desenvolvimento de Negócios da HMS Labs - HMS Industrial Iniciativa de inovações em redes. Tom tem muitos anos de experiência em gestão de engenharia de tecnologias wireless, VoIP e 1394 e é um escritor e palestrante frequente sobre tecnologias sem fio.
This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. Mais informações sobre as soluções sem fio para comunicação industrial em www.anybus.com

Tom McKinney, Gerente de Desenvolvimento de Negócios na HMS Industrial Networks

  Peça mais informações…