Bluetooth oder WLAN - welches ist das Beste für Ihr neues drahtloses Produkt?

Bei der Erstellung eines neuen Produkts stehen Ihnen zahlreiche drahtlose Standards zur Verfügung. Jede Wahl hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Es hängt wirklich von Ihrem Ziel ab. In diesem Artikel werden die drei beliebtesten Funkstandards für kurze Entfernungen vorgestellt, darunter: Bluetooth Classic, Bluetooth Low-Energy (BLE) und WiFi Direct.

Das Verlangen nach Geschwindigkeit

Wenn die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung die wichtigste Voraussetzung für Ihr Produkt ist, ist WiFi Direct höchstwahrscheinlich die beste Wahl. Jeder hat von WiFi gehört, aber nur wenige kennen WiFi Direct. Obwohl sich das ändert. Standard-WLAN erfordert einen Zugangspunkt. Wenn Sie also Daten von einem Gerät auf ein anderes übertragen möchten, müssen diese den Zugriffspunkt passieren. WiFi Direct bietet die Geschwindigkeitsvorteile von WiFi, ohne dass ein Zugangspunkt erforderlich ist. Daten können wie bei Bluetooth direkt von einem Gerät auf ein anderes übertragen werden.

Geschwindigkeitsvergleich
Drahtloser Standard	Geschwindigkeit
Bluetooth Low-Energy	1 Mbit / s
Bluetooth Classic	2-3 Mbit / s
Wi-Fi Direct	100-250 Mbit / s

WiFi Direct hat eine maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit, die etwa das 10-fache der mit Bluetooth Classic erreichbaren Geschwindigkeit beträgt. Wenn Ihr Produkt beispielsweise Videos streamen muss, insbesondere hochauflösende Videos, benötigen Sie die schnellstmögliche drahtlose Verbindung. Bluetooth ist auf keinen Fall schnell genug, daher müssen Sie mit ziemlicher Sicherheit WiFi Direct-Konnektivität anbieten.

Am anderen Ende des Geschwindigkeitsspektrums befindet sich Bluetooth Low-Energy (auch Bluetooth Smart genannt), das etwa 2-3x langsamer als Bluetooth Classic oder 20-30x langsamer als WiFi Direct ist. Es wird normalerweise zum Übertragen kleiner Mengen intermittierender Daten verwendet, z. B. Sensorwerte (Temperatur, Beschleunigung usw.) oder möglicherweise GPS-Koordinaten.

Wenn Sie ständig Daten übertragen müssen, z. B. beim Streamen von Audio, müssen Sie normalerweise Bluetooth Classic verwenden. Bluetooth Classic ist für Streaming-Anwendungen optimiert, während BLE für kurze, seltene Datenbursts optimiert ist.

Es ist jedoch möglich, BLE zum Streamen von Audio zu verwenden, jedoch nicht in der gleichen Qualität wie bei Bluetooth Classic. Beispielsweise kann Ihnen der Bluetooth-Stack-Anbieter Searan LLC einen benutzerdefinierten Bluetooth LE-Stack zur Verfügung stellen, der Audio-Streaming ermöglicht.

Übertragungsbereich

WiFi Direct hat eine maximale Reichweite von etwa 200 Fuß, verglichen mit nur etwa 50 Fuß, normalerweise für Bluetooth (Classic und Low-Energy). Die größere Reichweite von WiFi Direct ist aufgrund der höheren Übertragungsleistung von WiFi Direct möglich.

Der Nachteil ist die Akkulaufzeit, und durch diese erhöhte Sendeleistung wird eine kleine Batterie viel schneller entladen als bei jedem Bluetooth-Standard.

Bereichsvergleich
Bluetooth Low-Energy	50 Fuß in der Regel, aber bis zu 1.500 Fuß mit Range Extender
Bluetooth Classic	50 Fuß in der Regel, aber bis zu 3.000 Fuß mit Range Extender
Wi-Fi Direct	200ft

Aber Moment mal… die Dinge sind nicht immer so einfach. Es gibt einige Ausnahmen. Erstens gibt es tatsächlich verschiedene Klassen von Bluetooth-Sendern. Die meisten Bluetooth-Produkte verwenden einen Klasse-2-Sender mit einer Reichweite von etwa 50 Fuß, wie zuvor angegeben. Es ist jedoch möglich, einen Sender der Klasse 1 mit einer Reichweite von weniger als 300 Fuß zu verwenden. Aber genau wie bei WiFi Direct geht die höhere Sendeleistung zu Lasten einer verkürzten Akkulaufzeit.

Durch die Verwendung einer Range Extender-Schaltung (die hauptsächlich aus einem sehr empfindlichen Empfänger besteht) können Sie die Reichweite mit Bluetooth noch weiter erhöhen. Zum Beispiel bietet der Bluetooth-Modulanbieter Bluegiga ein BLE-Modul mit großer Reichweite (BLE121LR) mit einer Reichweite von bis zu 1.500 Fuß an. Sie bieten auch ein Bluetooth Classic-Langstreckenmodul (WT41) mit einer Reichweite von bis zu 3.000 Fuß an!

Es gibt noch eine weitere Ausnahme. In einigen Anwendungen ist es Bluetooth tatsächlich möglich (sogar die Low-Energy-Version), über eine größere Reichweite als WiFi Direct zu übertragen, während immer noch sehr wenig Strom verbraucht wird. Dies ist aufgrund einer großartigen Funktion namens Mesh Networking möglich.

Normalerweise müssen Sie zum Senden von Daten von Gerät A an Gerät C eine direkte Verbindung zwischen A und C herstellen. Bei Mesh-Netzwerken können Sie jedoch stattdessen Daten von Gerät A über Gerät B an Gerät C senden. Befindet sich Gerät B also auf halbem Weg zwischen A. und C, dann können A und C doppelt so weit voneinander entfernt sein, wie es normalerweise erlaubt ist. Dies liegt daran, dass Gerät B als Relais oder in vielerlei Hinsicht als Signalverstärker fungiert. Diese Idee kann erweitert werden, um ein großes Netzwerk miteinander verbundener Geräte mit geringem Stromverbrauch zu ermöglichen, die über eine große Entfernung verteilt sind. Tatsächlich können bis zu 65.000 Geräte mithilfe von Mesh miteinander verbunden werden.

Ein führender Hersteller von Bluetooth-Mikrochips namens CSR hat 2014 damit begonnen, Mesh-Netzwerke mit seinen Bluetooth Low-Energy-Chips zu integrieren. Bisher sind sie der einzige Chiphersteller, der Mesh mit BLE anbietet. Ich bezweifle jedoch, dass dies noch viel länger der Fall sein wird.

Es besteht die Möglichkeit, einen benutzerdefinierten Bluetooth-Stack entwickeln zu lassen, um Mesh-Netzwerke mit anderen Chips oder mit Bluetooth Classic zu ermöglichen. Ich weiß, dass der Bluetooth-Stack-Anbieter Searan die Möglichkeit hat, seinen Bluetooth-Stacks Mesh-Netzwerke hinzuzufügen.

Leistung / Akkulaufzeit / Akkugröße

Höhere Geschwindigkeit und längere direkte Übertragungsreichweite korrelieren mit höherem Stromverbrauch und damit kürzerer Akkulaufzeit. Wenn also die Batterielebensdauer oder die Batteriegröße für Ihr Produkt wichtig sind, wird der Stromverbrauch kritisch.

Bluetooth Low-Energy (BLE) ist der klare Gewinner in Bezug auf geringen Stromverbrauch. Es wurde hauptsächlich für Internet-of-Things-Anwendungen entwickelt, die häufig mit einer kleinen Batterie für einzelne Uhren betrieben werden müssen. Ein BLE-Gerät kann ein oder zwei Jahre lang mit einer einzigen Uhrenbatterie betrieben werden. Dies ist vor allem deshalb möglich, weil diese Produkttypen nur gelegentlich übertragen werden sollen. Beispielsweise kann ein BLE-Gerät Daten nur einmal pro Minute für 1 Sekunde übertragen. Dies bedeutet, dass das Gerät 59/60 = 98,3% der Zeit im Leerlauf ist.

Kompatibilität

Wenn die Kompatibilität mit älteren Smartphones für Ihr Produkt von entscheidender Bedeutung ist, ist Bluetooth Classic möglicherweise die beste Wahl. Alle Smartphones unterstützen Bluetooth Classic, aber nur mäßig neuere Telefone unterstützen BLE und WiFi Direct.

Bereichsvergleich
Bluetooth Low-Energy	Alle Versionen	Alle Versionen
Bluetooth Classic	Version 4.3 oder höher	Version 4S oder höher
Wi-Fi Direct	Version 4.0 oder höher	Version 5S oder höher

Das Beste aus zwei Welten: Bluetooth Dual-Mode

Für einige Anwendungen ist Bluetooth Classic manchmal die beste Wahl, und manchmal ist Bluetooth Low-Energy die bessere Option. Vielleicht bevorzugen Sie beispielsweise Bluetooth Low-Energy, um die Akkulaufzeit zu verlängern, möchten aber auch die Kompatibilität mit älteren Smartphones ermöglichen.

Die beste Lösung ist möglicherweise der Bluetooth Dual-Mode. Bei der Kommunikation mit neueren Telefonen können Sie den BLE-Modus zum Energiesparen verwenden. Wenn Sie jedoch eine Verbindung zu älteren Telefonen herstellen müssen, können Sie den klassischen Modus auswählen. Die meisten Bluetooth-Chiphersteller und Modulanbieter bieten Dual-Mode-Bluetooth-Lösungen an.

Sicherheit

Alle drei Funkstandards bieten ein hohes Maß an Sicherheit. WiFi verwendet jedoch eine 256-Bit-Verschlüsselung, während Bluetooth (Classic und LE) nur eine 128-Bit-Verschlüsselung verwendet. In den meisten Fällen ist die Sicherheitsstufe von Bluetooth ausreichend. Wenn die Sicherheit für Ihr Produkt jedoch von entscheidender Bedeutung ist, ist WiFi Direct möglicherweise die bessere Option.

Zusammenfassung

Wie immer beim Engineering gibt es Kompromisse zwischen den verschiedenen Lösungen. Keine Lösung ist in allen Anwendungen am besten. Sie müssen entscheiden, welche Kriterien für Ihr Produkt am wichtigsten sind. Dies kann einfach oder komplex sein. Wenn Sie sich nur für Geschwindigkeit interessieren, ist Ihre Wahl einfach. Oder wenn die Akkulaufzeit Ihr Hauptanliegen ist, ist Ihre Wahl ziemlich einfach. Wenn Sie sich jedoch gleichermaßen für Geschwindigkeit und Stromverbrauch interessieren, wird Ihre Auswahl komplexer.

Die Entscheidung, welche Spezifikationen für Ihr Produkt am kritischsten sind, ist immer ein herausfordernder Aspekt der Produktentwicklung. Willkommen in der Welt der Produktentwicklung, in der nichts wirklich einfach ist. Wenn es einfach wäre, wäre jedes Unternehmen genauso erfolgreich wie Apple.

Über den Autor

John Teel ist Präsident von Predictable Designs, einem Unternehmen, das Unternehmern, Startups, Herstellern, Erfindern und kleinen Unternehmen hilft, neue elektronische Produkte auf den Markt zu bringen. John war früher leitender Konstrukteur bei Texas Instruments, wo er elektronische Designs entwarf, die jetzt in Millionen von Produkten (einschließlich einiger von Apple) verwendet werden. Er ist auch ein erfolgreicher Unternehmer, der sein eigenes Produkt entwickelt, in Asien herstellen und in Hunderten von Einzelhandelsgeschäften in mehreren Ländern verkaufen ließ. Laden Sie seinen kostenlosen Spickzettel herunter: 15 Schritte zur Entwicklung Ihres neuen elektronischen Produkts.