أنواع البروتوكولات اللاسلكية

تعد الإشارات اللاسلكية واحدة من أكثر خيارات الاتصال استخدامًا ، من محطات التلفزيون والراديو المحلية المفضلة لديك إلى هاتفك الخلوي. بعض من أهم التقنيات اللاسلكية ، تلك التي تشغل الإنترنت في منزلك وتتزايد يتم تنظيم عدد الأجهزة الذكية الموجودة على إنترنت الأشياء أو إنترنت الأشياء بواسطة مجموعة من البروتوكولات اللاسلكية. اعتمادًا على استخدامها ، قد يكون مداها بقدر عدة أميال أو أقل من بضع بوصات.

إذا كنت لا تعيش في منطقة يخدمها مزودو الإنترنت التقليديون ، فإن خياراتك تقليدية كانت مقتصرة على الاتصال الهاتفي أو الأقمار الصناعية ، وكلاهما جيد بشكل خاص في الإنترنت الغني الحديث المحتوى. يمكن للتكنولوجيا اللاسلكية سد هذه الفجوة بعدة طرق مختلفة ، مما يوفر الخدمة في الأماكن التي لا تكون متاحة فيها بخلاف ذلك.

في المناطق التي لا يكون فيها إنترنت الكابلات والألياف اقتصاديًا ، نفس الشيء LTE يمكن تسخير التكنولوجيا التي توفر تغطية الإنترنت على هاتفك المحمول لتوفير الإنترنت اللاسلكي للمستخدمين المنزليين أيضًا. يمكن تسليمها عبر الشبكة الخلوية الحالية من قبل شركات النقل الكبرى أو من قبل مزودي الخدمة المستقلين الذين يختارون إقامة أبراجهم الخاصة. تختلف السرعات بين مقدمي الخدمة ، مع تقنية الجيل الرابع الحالية ،

خدمات الإنترنت على خط البصر استخدم ما يتلخص في إصدار عالي الطاقة من Wi-Fi التقليدي ، والذي ينقل إشاراته من نقطة إلى نقطة باستخدام هوائيات عالية الاتجاه. نظرًا لأنه يرسل إشاراته إلى نقطة مركزة بإحكام ، فمن غير المرجح أن يتدخل هذا النوع من الخدمة مع الأجهزة الأخرى ويمكن أن تستخدم إشارة ذات طاقة أعلى والتي من شأنها أن تكون غير قانونية بموجب لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) أنظمة. تصل السرعات عادةً إلى 25 ميجابت في الثانية ، وهو أمر مقبول لمعظم الاستخدامات إن لم يكن مثاليًا.

مع ظهور إنترنت الأشياء ومجموعة الأجهزة الذكية وشبه الذكية ، هناك حاجة أيضًا إلى تقنية لاسلكية يمكنها العمل مع عدد كبير من تلك الأجهزة منخفضة الطاقة في المناطق الحضرية والضواحي الكبيرة المناطق. يمكن أن تعمل تقنية LTE مع هؤلاء أيضًا ، على الرغم من أن استهلاكها للطاقة مرتفع نسبيًا. التكنولوجيا التنافسية هي بروتوكول شبكة المنطقة الواسعة بعيدة المدى أو لوراوان بمدى يبلغ بضعة أميال في المناطق الحضرية وما يصل إلى ثلاثة أضعاف ذلك في مناطق الضواحي الأقل كثافة.

مثل العديد من الأشياء الكهربائية ، تعتمد التقنية اللاسلكية التي تستخدمها حول منزلك على مواصفات التصميم التي وضعها معهد المهندسين الكهربائيين والإلكترونيين ، أو IEEE. في هذه الحالة، المواصفات الفعلية تسمى 802.11 ، وقد تمت ترقيته على مر السنين ليعكس - ويشجع - التحسينات في التكنولوجيا. يتم وصف هذه التغييرات عن طريق إضافة أحرف ، مثل ز, ن أو أ بعد الرقم. للراحة ، يشار إلى تلك الاختلافات في المواصفات باسم لاسلكي g, لاسلكي, تكييف لاسلكي وما إلى ذلك وهلم جرا.

تُعرف شبكة Wi-Fi المنزلية بشكل صحيح باسم a شبكة الاتصال اللاسلكية المحلية أو WLAN ، لكن معظم الناس يطلقون عليها اسم Wi-Fi وتركها عند هذا الحد. تدور شبكة Wi-Fi حول جهاز شبكة مركزي ، يسمى نقطة الوصول ، والذي يوفر اتصالات ثنائية الاتجاه مع كل جهاز متصل بالشبكة. يحتاج كل جهاز بدوره إلى بطاقة واجهة شبكة لاسلكية ، أو NIC ، للتواصل مع نقطة الوصول. تختلف البروتوكولات اللاسلكية التي يستخدمونها بشكل كبير في النطاق والأداء وتتحسن مع كل جيل.

تحدث معظم اتصالات Wi-Fi في نطاقين متميزين من ترددات الراديو ، النطاق 2.4 جيجا هرتز والنطاق 5 جيجا هرتز. يتم تنظيم هذه النطاقات بشكل ضئيل ، ويتم استخدامها لمجموعة متنوعة من الأجهزة الاستهلاكية من أجهزة مراقبة الأطفال إلى الهواتف اللاسلكية. إنهم يجيدون أشياء مختلفة. يمكن للترددات في النطاق 5 جيجاهرتز أن تحمل المزيد من البيانات بسرعة أكبر ، لكن الترددات الموجودة في النطاق 2.4 جيجاهرتز لها نطاق أطول ، وهي أفضل في المرور عبر الجدران. تاريخياً ، تم استخدام 2.4 جيجا هرتز في المزيد من الأجهزة ، لكن هذا يعني ترددات 2.4 جيجا هرتز أكثر ازدحامًا وعرضة للتداخل.

كانت الإصدارات الأولى من مواصفات 802.11 Wi-Fi للوصول إلى السوق هي لاسلكي أ و ب، والتي تم توحيدها في أواخر التسعينيات وأصبحت منتجات فعلية في أوائل القرن الحادي والعشرين. كل واحد يستخدم فرقة مختلفة. لاسلكي ب يستخدم النطاق 2.4 جيجا هرتز ، وكان قادرًا على الاتصال بسرعات تصل إلى 11 ميجا بت في الثانية ونطاق يصل إلى 150 قدمًا. لاسلكيأ استخدم النطاق 5 جيجاهرتز وكان معدل نقله يصل إلى 54 ميجابت في الثانية ، لكن مداها كان فقط من 25 إلى 75 قدمًا. لاسلكي بنطاق أفضل وتكلفة منخفضة نسبيًا جعلها أكثر شعبية بين الاثنين.

كان أول بروتوكول Wi-Fi حقق نجاحًا واسعًا في السوق الاستهلاكية هو معيار 802.11g أو لاسلكي g. استخدم نفس النطاق 2.4 جيجا هرتز مثل لاسلكي ب، لذلك كان متوافقًا مع العتاد الأقدم باستخدام هذا المعيار ، ولكن بمعدل 54 ميجابت في الثانية ، فإنه يقدم الآن أداءً يضاهي الشبكات اللاسلكية. كان ذلك جيدًا بما يكفي لمعظم المستخدمين المنزليين ، و كان Wireless g يحظى بشعبية كبيرة خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.

نظرًا لأن شبكة Wi-Fi أصبحت أكثر فائدة وشعبية ، فقد احتاج المستخدمون إلى أداء أفضل للتعامل مع دفق الفيديو والتطبيقات الأخرى المتطلبة. ال معيار 802.11n المواصفات ، التي جاءت في عام 2009 ، عالجت ذلك مع بعض التعديلات الفنية المهمة ، والتي تدور في الغالب حولها هوائيات متعددة المدخلات ومخرجات متعددة أو MIMOمما سمح بسرعات تصل إلى 300 ميجابت في الثانية. كما عرضت ربط القنوات ، وهو خيار استخدام قنوات منفصلة لحركة المرور في المنبع والمصب ، والتي عزز الإنتاجية المحتملة - على الأقل من الناحية النظرية - إلى 600 ميجابت في الثانية. يستخدم كلا من ترددات 2.4 و 5 جيجاهرتز ، لذلك كان متوافقًا مع الأجهزة التي تستخدم لاسلكي أ, ب، و ز.

ال تكييف لاسلكي المواصفات ، التي يعود تاريخها إلى 2014 ، صقل تلك التكنولوجيا بشكل أكبر من خلال استخدام تقنية MIMO متعددة المستخدمين أو MU-MIMO. يوفر هذا سرعات أساسية تصل إلى 433 ميجابت في الثانية لكل قناة ، ومع ربط القناة ، من الممكن نظريًا الحصول على سرعات الشبكة اللاسلكية تصل إلى جيجابت، أو آلاف ميغابت في الثانية. مكيفات لاسلكي نفسها تعمل فقط في النطاق 5 جيجاهرتز ، لكن العديد من الشركات المصنعة تشمل لاسلكي الدوائر كذلك للحفاظ على أجهزة التوجيه الخاصة بهم متوافقة مع لاسلكي ب, ز و ن.

هناك نوعان من بروتوكولات 802.11 التي لا يتم استخدامها لشبكات Wi-Fi للأغراض العامة ، ولكن من أجل اتصالات محددة من جهاز إلى جهاز. إعلان لاسلكي ، على سبيل المثال ، يستخدم النطاق 60 جيجاهرتز وهو سريع جدًا بالفعل - يحتمل أن يصل إلى 6.7 جيجاهرتز - ولكن في نطاق 10 أو 11 قدمًا فقط. من الأفضل استخدامه في المواقف التي تتطلب إنتاجية عالية بين الأجهزة القريبة من بعضها البعض. آه اللاسلكية، المعروف أيضًا باسم واي فاي HaLow، يستخدم النطاق الأدنى 900 ميجاهرتز لتوفير نطاق موسع بسعة نقل محدودة بحد أقصى يبلغ 347 ميجابت في الثانية. الغرض منه هو توفير إشارات طويلة المدى للأجهزة منخفضة الطاقة مثل الأجهزة الذكية وتطبيقات إنترنت الأشياء الأخرى.

لن يزول الطلب على أداء شبكة Wi-Fi المحسّن في أي وقت قريبًا - بل على العكس تمامًا - لذلك هناك مواصفات IEEE أحدث تصل إلى السوق. تسمى فأس لاسلكي، ويستخدم بعض خفة اليد الرقمية لزيادة الإنتاجية. يضاعف عرض كل قناة لاسلكية متاحة ويسمح للإشارات باستخدام الأجزاء التي تحتاجها فقط من كل قناة ، مما يجعل النظام بأكمله أكثر كفاءة. تقدم ما يصل إلى أربعة أضعاف النطاق وستة أضعاف أداء التيار المتردد اللاسلكي، على الأقل من الناحية النظرية ، وهو مهم لإنترنت الأشياء - يدعم العديد من الأجهزة في نفس الوقت.

على الرغم من أن المواصفات المستخدمة لشبكة Wi-Fi يحددها مهندسو IEEE ، فإن مصطلح "Wi-Fi" نفسه وشعار Wi-Fi مملوكان لاتحاد من الشركات المصنعة يعرف باسم تحالف Wi-Fi. قد يكون المهندسون سعداء تمامًا في تحديد المعايير بالأحرف والأرقام ، لكن المصنّعين وأقسام التسويق لديهم يفضلون إبقاء الأمور بسيطة ولا تُنسى. لهذا السبب أعلن تحالف Wi-Fi عن علامة تجارية جديدة ، إعادة تسمية wireless n إلى Wireless 4 ، و ac إلى Wireless 5 ، و ax إلى Wireless 6. يتم استخدام هذا النوع من نظام الترقيم في كل شيء من الهواتف المحمولة إلى امتيازات الأفلام ، لذلك يجب أن يكون من السهل على المستهلكين تذكرها.

ليست كل البروتوكولات اللاسلكية معدة لتغطية مساحات كبيرة أو لتوفير قدرة اتصالات واسعة النطاق. بعض من أكثرها فائدة هي المعايير قصيرة المدى تهدف إلى مساعدة الأجهزة منخفضة الطاقة على التفاعل مع بعضها البعض. قد تؤثر هذه على كيفية تفاعلك مع الكمبيوتر أو الهاتف أو الأجهزة الأخرى ، أو كيفية اتصال الأجهزة ببعضها البعض مباشرة.

لا تستخدم بعض أبسط أشكال التكنولوجيا اللاسلكية ، بما في ذلك الماوس ولوحة المفاتيح اللاسلكية القياسية ، بروتوكولًا لاسلكيًا رسميًا على الإطلاق. ينقلون مباشرة عبر تردد راديو محدد مسبقًا ، بدلاً من ذلك. تستخدم الأجهزة القديمة التردد 27 ميجا هرتز ، والذي يستخدم أيضًا للألعاب التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو. نطاقه ضعيف ولكنه جيد تمامًا للأجهزة التي تشترك في المكتب. تستخدم الإصدارات الأحدث نطاق 2.4 جيجا هرتز ويمكن استخدامها بعيدًا ، وهو أمر رائع إذا كنت جالسًا بعيدًا عن شاشة عملاقة.

تحتاج أجهزة التردد اللاسلكي إلى جهاز استقبال خاص بها لكي تعمل ، ولكن لا تحتاج تقنية البلوتوث ، ولهذا السبب تقنية البلوتوث هو أكثر تنوعا. تعتمد تقنية Bluetooth على مواصفات لاسلكية أخرى من IEEE ، 802.15.1 ، والتي تم وصفها على أنها مخصصة لـ شبكات المنطقة الشخصية. شبكات المنطقة الشخصية مخصصة ل استبدل الأسلاك والكابلات داخل وحول شخص واحد أو مكان عمل. Bluetooth هي تقنية مستخدمة في هذا النوع من الشبكات لأنها تتصل بشكل موثوق به ، وتستخدم طاقة قليلة نسبيًا ، ويمكنها دعم ما يصل إلى ثمانية أجهزة في وقت واحد.

تقوم تقنية Bluetooth بتوصيل الأجهزة الموجودة على شريحة من النطاق 2.4 جيجا هرتز. عندما يتم توصيل الأجهزة لأول مرة أو يقترن من خلال البلوتوث ، يقومون بإنشاء رمز أمان فريد كنوع من المصافحة السرية بينهما. بعد أن يتم إقرانهم ، هم إعادة الاتصال تلقائيًا في المستقبل ولا تتطلب أي إعداد إضافي. معدل نقل بيانات Bluetooth منخفض نسبيًا ، لذلك يتم استخدامه في الغالب لأجهزة الإدخال والإخراج مثل الماوس ولوحات المفاتيح ومكبرات الصوت والميكروفونات وسماعات الرأس.

كان استهلاك الطاقة المنخفض دائمًا جزءًا من مواصفات Bluetooth لأن الأجهزة اللاسلكية كذلك تعمل بالبطارية بحكم الضرورة ، ولكن حتى البلوتوث القياسي يستخدم الكثير من طاقة البطارية بالنسبة للبعض التطبيقات. نسخة منقحة ، بلوتوث منخفض الطاقة أو بليه، يلبي هذا الجزء من السوق عن طريق خفض النطاق الترددي والنطاق إلى تقليل استهلاك الطاقة. يتم استخدامه بشكل متكرر في نطاقات اللياقة البدنية والساعات الذكية ، على سبيل المثال ، ولديه إمكانية استخدامه مع أجهزة إنترنت الأشياء أيضًا.

بالقرب اتصالات الميدان، أو NFC، هو أقصر مدى بين جميع البروتوكولات اللاسلكية. تعمل على مسافة فقط بضع بوصات، باستخدام شرائح منخفضة الطاقة للغاية. أنت تعرف أنها التكنولوجيا المستخدمة في تطبيقات انقر للدفع لهاتفك ، بما في ذلك Apple Pay و Google Pay و Samsung Pay. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في بطاقات مفاتيح الأمان والتطبيقات المماثلة.

تظهر البروتوكولات اللاسلكية الأخرى لتلبية احتياجات الأجهزة الذكية الفردية وإنترنت الأشياء بشكل جماعي. هذه ليست موجهة للمستهلكين على هذا النحو ، على الرغم من أن المنتجات التي يمكّنونها هي بالتأكيد. عدد قليل من أبرزها ما يلي:

• خيط: أصبح هذا البروتوكول اللاسلكي جزءًا من محفظة Google عندما اشترت شركة Nest الرائدة في التشغيل الآلي للمنزل. استنادًا إلى معيار IEEE's 802.15.4 اللاسلكي ، يتم استخدامه في أجهزة الكشف عن الدخان وأجهزة التشغيل الآلي. يمكن للبائعين الآخرين اختيار استخدام Thread إذا كانوا يريدون أن يكونوا متوافقين مع المنتجات في نظام Nest البيئي.
  
• Zigbee و Zigbee Pro: يعمل كل من Zigbee و Zigbee Pro على نطاقي 2.4 جيجا هرتز و 900 ميجا هرتز ويمكنهما دعم آلاف الأجهزة في وقت واحد في أي موقع معين. على عكس Thread ، فإن Zigbee مدعوم من قبل كونسورتيوم من مئات الشركات المصنعة.
  
• ZWave و ZWave Plus: بروتوكول آخر مهم لاستخدام إنترنت الأشياء هو ZWave ، وهو مشابه لـ Zigbee ولكنه مصمم ليكون أبسط وأقل تكلفة في التنفيذ. إنه يعمل على نطاقي 800 و 900 ميجاهرتز ، مما يوفر نطاقًا جيدًا وتداخلًا أقل من النطاق 2.4 جيجا هرتز. تم إنشاؤه بواسطة شركة Zensys الدنماركية ولكن الآن يتمتع بدعم واسع من الشركات المصنعة.
• MQTT: تم تصميم النقل عن بُعد لقائمة انتظار الرسائل للأجهزة منخفضة الطاقة والإنتاجية مثل نسبيًا أجهزة استشعار "غبية" ، لا تحتاج إلى نوع نقل البيانات المطلوب لإنترنت الأشياء التفاعلي "الذكي" الأجهزة.