WiFi против Bluetooth: основы беспроводной электроники

  1. Совместное использование общего фонда
  2. Всемирная паутина Wifi
  3. 2,4 ГГц и 5 ГГц
  4. Эволюция стандартов сети WiFi
  5. 802.11a
  6. 802.11b
  7. 802.11g
  8. 802.11n
  9. 802.11ac
  10. WiFi и интерференция
  11. Держать его сдержанным с Bluetooth
  12. WiFi и Bluetooth, бок о бок
  13. Версии
  14. частота
  15. Обмен данными
  16. Спектр
  17. Мощность
  18. связи
  19. Ride the Wave

Планируете начать свой первый дизайн проекта электроники? Скорее всего, вы будете использовать беспроводные функции для связи с Интернетом или другими устройствами. В то время как есть много способов для беспроводной связи, два короля мира беспроводной связи заслуживают некоторого внимания в вашем списке - WiFi и Bluetooth. Но как именно работают эти две технологии, на которые мы сегодня так сильно полагаемся, и как вы узнаете, какую из них использовать в вашем первом проекте? Давайте разберемся.

Совместное использование общего фонда

Прежде чем мы углубимся в различия между WiFi и Bluetooth, важно отметить, что обе эти технологии имеют общую основу в семействе беспроводной электроники благодаря использованию радиоволн. Как мы уже говорили в наших прошлых блогах в Серия беспроводных электронных основ радиоволны являются лишь одной из многих волн в электромагнитном спектре, который включает в себя других членов семьи, таких как рентгеновские лучи, гамма-лучи, инфракрасные лучи и многое другое. Эти волны могут противостоять даже самым жестким физическим барьерам, передавая данные, видео, аудио и многое другое в космическом вакууме со скоростью света.

Эти волны могут противостоять даже самым жестким физическим барьерам, передавая данные, видео, аудио и многое другое в космическом вакууме со скоростью света

Вот отличное изображение для организации электромагнитного спектра, начиная с низкой частоты и низкой длины волны слева. ( Источник изображения )

В этом электромагнитном спектре вы можете измерять и классифицировать радиоволны, которые используются в Wi-Fi, Bluetooth и других приложениях, одним из двух способов:

  • По частоте . Это счетчик количества электромагнитных волн, проходящих через данную точку каждую секунду, и измеряется в герцах.
  • По длине волны . Это расстояние, которое вы можете измерить между двумя самыми высокими точками радиоволны, которое может варьироваться от 100 метров до 1 сантиметра в зависимости от радиоволны, которую вы наблюдаете.

Внутри семейства радиоволн есть отдельные полосы, разделенные как частотой, так и длиной волны, что обеспечивает некоторые конкретные каналы, на которых могут использоваться устройства. Проверьте таблицу ниже, чтобы увидеть, как они ломаются:

НазваниеСокращениеЧастотаДлина волныЧрезвычайно низкая частота

ELF 3–30 Гц 10 5 –10 4 км Сверхнизкая частота SLEF 30–300 Гц 10 4 –10 3 км Сверхнизкая частота ULF 300–3000 Гц 10 3 –100 км Очень низкая частота VLF 3 –30 кГц 100–10 км Низкая частота НЧ 30–300 кГц 10–1 км Средняя частота СЧ 300 кГц - 3 МГц 1 км - 100 м Высокочастотная HAF 3–30 МГц 100–10 м Очень высокая частота ОВЧ 30–300 МГц 10–1 м Сверхвысокая частота UHF 300 МГц - 3 ГГц 1 м - 10 см Сверхвысокая частота SHF 3–30 ГГц 10–1 см Чрезвычайно высокая частота КВЧ 30–300 ГГц 1 см - 1 мм Чрезвычайно высокая частота THF 300 ГГц - 3 ТГц 1 мм - 0,1 мм

И WiFi, и Bluetooth совместно используют пространство в диапазоне сверхвысокочастотных (UHF) частот от 300 МГц до 3 ГГц, а также другие гаджеты, такие как радионяни, мобильные телефоны и многое другое. Вы также обнаружите, что Wi-Fi продвигается в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) между 3 ГГц и 30 ГГц в своей последней эволюции.

Именно из-за этих отдельных групп вы можете слушать такие вещи, как утреннее ток-шоу AM-радио, одновременно просматривая веб-страницы на своем смартфоне. Соединение через WiFi на вашем телефоне использует диапазон УВЧ, тогда как AM-радио использует более низкие полосы частот от 535 килогерц до 1,7 мегагерц.

Всемирная паутина Wifi

Всемирная паутина Wifi

WiFi является наиболее популярным методом, позволяющим устройствам обмениваться данными как по локальной беспроводной сети, так и подключаться к Интернету. Как и другие устройства двусторонней радиосвязи, WiFi имеет некоторые общие черты. Изобразите это:

Внутри вашего ноутбука у вас есть беспроводной адаптер, который может функционировать как передатчик и приемник информации в форме радиоволн. Для отправки и получения информации ваш адаптер получает некоторую помощь от антенны. На другой стороне вашего дома, скорее всего, у вас есть беспроводной маршрутизатор, который имеет другой передатчик и приемник, который также может обмениваться данными по беспроводной сети, а также физическое подключение к Интернету через Ethernet.

Соединение вашего ноутбука и маршрутизатора вместе в одном радиочастотном диапазоне - это то, что позволяет им обмениваться данными друг с другом и отправлять данные туда и обратно в виде видео, аудио, веб-сайтов и многого другого.

2,4 ГГц и 5 ГГц

В таблице радиочастот, которую мы показали выше, WiFi работает в двух отдельных диапазонах: 2,4 ГГц (полоса УВЧ) и 5 ​​ГГц (полоса СВЧ). Достаточно просто, верно? Если вам нужен способ подключения устройства к сети для связи со службами по всему миру, тогда вам лучше всего подойдет встроенный модуль Wi-Fi на микроконтроллере или даже беспроводной адаптер, который может воспроизводить порт USB или PCI. , Но прежде чем вы начнете покупать нужный беспроводной адаптер, вам нужно знать о сетевых стандартах WiFI.

,  Но прежде чем вы начнете покупать нужный беспроводной адаптер, вам нужно знать о сетевых стандартах WiFI

Микроконтроллер Adafruit со встроенным WiFi. ( Источник изображения )

Интересный факт: WiFi на самом деле не означает ничего, как думают некоторые люди. Это имя было создано консалтинговой фирмой в 1999 году, когда им было нужно более сексуальное имя для IEEE 802.11b Direct Sequence. Определенно немного более броский!

Эволюция стандартов сети WiFi

В течение многих лет WiFi постоянно развивался, чтобы удовлетворить наши растущие потребности в более высоких скоростях передачи данных. Ему также пришлось расширяться, чтобы справиться с растущим числом устройств, которые используются в наших сетях WiFi по всему миру, включая игровые приставки, смартфоны, цифровые камеры, планшеты, принтеры и многое другое. Независимо от устройства, все WiFi используют один и тот же сетевой стандарт 802.11, который будет представлен в нескольких вариантах, включая:

802.11a

Этот стандарт WiFi использует полосу частот 5 ГГц в спектре радиоволн и способен передавать данные со скоростью до 54 мегабит в секунду (Мбит / с). Он также использует необычную технологию, называемую мультиплексированием с ортогональным частотным разделением (OFDM), которая разделяет радиосигнал на несколько суб-сигналов, чтобы уменьшить потенциальные помехи сигнала.

802.11b

До недавнего времени это был самый популярный стандарт сетей Wi-Fi, но и самый медленный. Вы обнаружите, что 802.11b зависает в диапазоне частот 2,4 ГГц, и он может отправлять и получать данные только со скоростью 11 Мбит / с.

802.11g

Этот стандарт Wi-Fi сети похож на 802.11b в том, что он работает в полосе частот 2,4 ГГц. Он также намного быстрее и способен передавать данные со скоростью до 54 Мбит / с благодаря технологии OFDM, унаследованной от 802.11a.

802.11n

Это наиболее широко используемый сетевой стандарт WiFi, и по понятной причине - он полностью обратно совместим с 802.11 a, b и g. Этот стандарт также может передавать до четырех потоков данных одновременно, все со скоростью 150 Мбит / с, что делает его идеальным для наших домашних хозяйств с несколькими устройствами.

802.11ac

Это новейший стандарт для присоединения к семейству WiFi, который все еще находится на рассмотрении Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Как и 802.11n, этот стандарт полностью обратно совместим со всеми остальными сетевыми стандартами и работает как в диапазонах 2,4 ГГц, так и 5 ГГц, передавая данные со скоростью 450 Мбит / с!

WiFi и интерференция

Как и любой другой радиоволновый сигнал, WiFi восприимчив к интерфейсу от других устройств, использующих тот же частотный диапазон. Это может включать в себя такие вещи, как микроволновые печи, беспроводные телефоны и другие устройства Bluetooth, которые используют сетевые стандарты 802.11 b и g. Из-за этого потенциала помех сигналы WiFi поступают по разным каналам, позволяя этим устройствам прыгать по желанию. В стандартах США 11 каналов, 14 в Японии и 13 в Европе.

При работе с WiFi в вашем электронном проекте вам может потребоваться настроить канал, к которому вы подключаетесь, если ваше соединение продолжает падать или замедляться. Может случиться так, что все остальные в вашем районе тусуются в одном и том же канале и забивают вещи. Есть несколько классных приложений, которые позволяют вам видеть все сигналы WiFi в вашем районе в режиме реального времени, как это WiFi Analyzer для Android ,

Держать его сдержанным с Bluetooth

В отличие от Wi-Fi, который подключает устройства к Интернету и обменивается большими объемами данных взад и вперед, Bluetooth больше заботится о небольших сетях и соединении отдельных устройств без необходимости подключения к Интернету. Однако, как и Wi-Fi, Bluetooth также работает в той же полосе радиочастот на частоте 2,45 ГГц, но вероятность помех намного ниже. Почему это? Две причины:

  • Слабые сигналы. Устройства Bluetooth посылают гораздо более слабый сигнал, чем другие беспроводные устройства, с мощностью всего 1 милливатт. И хотя это ограничивает диапазон, которого может достичь сеть Bluetooth, это помогает создать небольшой изолированный пузырь устройств, которые не мешают работе других беспроводных устройств.
  • Прыжковые сигналы. Bluetooth также использует изящную технологию, называемую скачкообразной перестройкой частоты с расширенным спектром, которая позволяет ему переключаться между 79 уникальными частотными каналами до 1600 раз в секунду! Таким образом, даже если две сети Bluetooth действительно зависали в одном и том же канале, это вряд ли имеет значение, так как они переключат каналы в следующую секунду.

Как устройства Bluetooth могут подключаться? Вы, вероятно, привыкли к традиционному процессу «пара, пин-код и соединение», но давайте посмотрим, что происходит за кулисами. Допустим, вы только что приобрели новый автомобиль со встроенным Bluetooth и хотите транслировать музыку из Spotify. И в вашем автомобиле, и в вашем телефоне есть передатчик Bluetooth, оба из которых имеют уникальный адрес Bluetooth.

Когда вы начнете подключать Bluetooth вашего автомобиля к вашему смартфону, автомобильный передатчик отправит радиосигнал, передающий его уникальный адрес и ищущий другие передатчики с адресом в том же диапазоне. Как только он обнаружит адрес Bluetooth на вашем смартфоне, вы введете несколько цифр в качестве стандартного процесса безопасности в Bluetooth, и оба устройства соединятся.

Большинство новых автомобилей поставляется со встроенным Bluetooth, привет беспроводной потоковой передачи! ( Источник изображения )

После подключения это создаст так называемую персональную сеть (PAN), также называемую пикосетью. Между вашим автомобилем и смартфоном вы создали небольшую мини-сеть, созданную специально для вашего устройства. Затем передатчик Bluetooth в вашем автомобиле и смартфоне может переключаться с частоты на частоту, чтобы не мешать другим автомобилям пикосети, путешествующим по улицам.

WiFi и Bluetooth, бок о бок

Как видите, у WiFi и Bluetooth есть несколько очень специфических доменов, которые они оба используют в сфере беспроводной связи. Вы захотите использовать WiFi в своем проекте электроники, если вам нужно подключить гаджет к Интернету. Но если вам просто нужно соединить устройства без подключения к интернету, тогда Bluetooth - ваш выбор. Давайте вкратце рассмотрим некоторые параллельные сравнения технических ограничений обеих технологий:

Версии

Bluetooth прошел несколько обновлений, от Bluetooth 2.0 до последней версии Bluetooth 4.0. Все эволюции сопровождаются повышенными скоростями передачи данных и низкоэнергетическими протоколами. В WiFi также наблюдается постоянный поток обновлений, от 802.11b до самого последнего стандарта 802.11ac, который обеспечивает двойные частоты 2,4 ГГц и 5 ГГц, более высокие скорости передачи данных и лучшие протоколы безопасности.

частота

Bluetooth работает только на частоте 2,4 ГГц, тогда как многие сети WiFI в наши дни будут работать на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц. Вы найдете много современных беспроводных устройств, использующих частоту 5 ГГц Wi-Fi, которая не настолько перегружена, как частота 2,4 ГГц, и помогает уменьшить любые потенциальные помехи между сетями WiFi и Bluetooth.

Обмен данными

Bluetooth 4.0 может передавать данные только до 25 Мбит / с, тогда как последняя версия WiFi может передавать данные со скоростью до 250 Мбит / с. Несмотря на большой скачок между ними, помните, что устройства Bluetooth не будут загружать огромные файлы, а их более низкая скорость передачи данных по-прежнему идеально подходит для аудиосвязи.

Спектр

Вот важный, который может повлиять на ваш проект. Радиус действия в сети Bluetooth ограничен примерно 30 метрами, тогда как последние версии WiFi могут достигать более 100 метров. Это будет важно иметь в виду, если вы разрабатываете что-то вроде дрона, которому, вероятно, понадобится дополнительная дальность полета, чтобы продолжать полет.

Мощность

Из-за большей дальности и дополнительных уровней протоколов безопасности WiFi потребляет гораздо больше энергии, чем Bluetooth. Если вам нужно устройство с низким энергопотреблением, обязательно используйте Bluetooth, который потребляет всего около 3 миллиампер тока.

связи

С помощью Bluetooth вы можете подключить до 7 устройств в одной персональной сети (PAN). У WiFi нет тех же ограничений, но сколько устройств может обрабатывать сеть WiFi, во многом будет зависеть от пропускной способности маршрутизатора, к которому вы подключены.

Ride the Wave

Вот вам и все мелкие детали о двух самых популярных беспроводных технологиях, которые правят миром - WiFi и Bluetooth. Знание того, что выбрать для своего первого проекта в области электроники, сводится к нескольким вопросам, которые вам нужно задать себе. Вам нужно ваше устройство для подключения к Интернету? Тогда WiFi будет путь. Или, может быть, вам просто нужно соединить два устройства вместе, как между вашим автомобилем и смартфоном? Bluetooth полностью. Нужно иметь в виду, что ни одна из этих технологий не обязательно лучше, чем другая. Они оба занимают очень специфические ниши в удивительном и загадочном мире беспроводной электроники и будут продолжать развиваться и развиваться с течением времени. И это не так, как вы должны выбрать либо, может быть, вам нужны оба!

Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE включает в себя тонну бесплатных библиотек микроконтроллеров с уже встроенными Bluetooth и WiFi? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня, чтобы проверить их ,

Но как именно работают эти две технологии, на которые мы сегодня так сильно полагаемся, и как вы узнаете, какую из них использовать в вашем первом проекте?
Достаточно просто, верно?
Почему это?
Как устройства Bluetooth могут подключаться?
Вам нужно ваше устройство для подключения к Интернету?
Или, может быть, вам просто нужно соединить два устройства вместе, как между вашим автомобилем и смартфоном?
Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE включает в себя тонну бесплатных библиотек микроконтроллеров с уже встроенными Bluetooth и WiFi?