Видове безжични протоколи

Безжичните сигнали са една от най-широко използваните опции за комуникация, от любимите ви местни телевизионни и радиостанции до вашия мобилен телефон. Някои от най-важните безжични технологии, тези, които управляват домашния ви интернет и все повече броят на интелигентните устройства в Интернет на нещата или IoT се регулира от набор от безжични протоколи. В зависимост от тяхното използване, техният обхват може да бъде до няколко мили или по-малко от няколко инча.

Ако не живеете в район, който се обслужва от конвенционални интернет доставчици, вашите възможности традиционно са ограничени до комутируема връзка или сателит, нито едно от тях не е особено добро в модерен, богат интернет съдържание. Безжичната технология може да преодолее тази празнина по няколко различни начина, предоставяйки услуга, където иначе не би била достъпна.

В райони, където кабелният и оптичният интернет не са икономични, същото LTE технологията, която осигурява интернет покритие на вашия мобилен телефон, може да бъде използвана за осигуряване на безжичен интернет и на домашните потребители. Може да се доставя през съществуващата клетъчна мрежа от големите оператори или от независими доставчици на услуги, които изберат да изградят свои собствени кули. Скоростите варират при различните доставчици, с настоящата технология от 4-то поколение, 4G, даване скорости до респектиращите 100 Mbps, докато предстоящата 5G технологията може теоретично достигат 10 Gbps.

Интернет услуги с линейна видимост използвайте това, което се свежда до мощна версия на конвенционалния Wi-Fi, която прехвърля сигнала си от точка на точка, използвайки високо насочени антени. Тъй като излъчва сигналите си към тясно фокусирана точка, този тип услуга е по-малко вероятно да пречи с други устройства и може да използва сигнал с по-висока мощност, който иначе би бил незаконен съгласно FCC регламенти. Скоростите обикновено са до 25 Mbps, което е приемливо за повечето приложения, ако не е идеално.

С възхода на Интернет на нещата и неговата орда от интелигентни и полуинтелигентни устройства също има нужда от безжична технология, която може да работи с огромен брой от тези устройства с ниска мощност в големи градски и крайградски райони области. LTE технологията може да работи и за тях, въпреки че консумацията на енергия е сравнително висока. Конкурентна технология е Протокол за широкообхватна мрежа за дълъг обхват или LoRaWAN с обхват от няколко мили в градски условия и до три пъти повече в по-малко гъсти крайградски райони.

Подобно на много електрически неща, безжичната технология, която използвате в къщата си, се основава на спецификациите за проектиране, изложени от Института по електротехника и електроника или IEEE. В такъв случай, действителната спецификация се нарича 802.11, и е надграждан през годините, за да отрази – и да насърчи – подобренията в технологията. Тези промени се описват чрез добавяне на букви, като напр ж, н или ac след номера. За удобство тези вариации в спецификацията се наричат безжичен g, безжичен n, безжичен ac и така нататък.

Вашият домашен Wi-Fi е известен правилно като a безжична локална мрежа или WLAN, но повечето хора просто го наричат ​​Wi-Fi и го оставят така. Wi-Fi мрежата се върти около централно мрежово устройство, наречено точка за достъп, което осигурява двупосочна комуникация с всяко устройство, което е свързано към мрежата. Всяко устройство от своя страна трябва да има безжична мрежова интерфейсна карта или NIC, за да комуникира с точката за достъп. Безжичните протоколи, които използват, се различават значително по обхват и производителност и стават все по-добри с всяко поколение.

Повечето Wi-Fi комуникация се осъществява в две различни радиочестотни ленти, 2,4 GHz и 5 GHz. Тези ленти са минимално регулирани и се използват за различни потребителски устройства от бебефони до безжични телефони. Те са добри в различни неща. Честотите в обхвата 5 GHz могат да пренасят повече данни по-бързо, но тези в обхвата 2,4 GHz имат по-дълъг обхват и са по-добри при преминаване през стени. Исторически 2,4 GHz са били използвани в повече устройства, но това означава Честотите от 2,4 GHz са по-претъпкани и податливи на смущения.

Най-ранните версии на спецификацията 802.11 Wi-Fi, които достигнаха до пазара, бяха безжична а и б, които бяха стандартизирани в края на 90-те и станаха действителни продукти в началото на 2000-те. Всеки използва различна лента. Безжична б използва честотната лента 2,4 GHz и е в състояние да работи в мрежа със скорост до 11 мегабита в секунда и обхват до 150 фута. Безжичена използваше 5 GHz обхват и имаше пропускателна способност до 54 Mbps, но обхватът му беше само 25 до 75 фута. Безжични bпо-добър обхват и относително ниска цена го направи по-популярен от двете.

Първият Wi-Fi протокол, който имаше широк успех на потребителския пазар, беше 802.11g или безжичен g. Той използва същата лента от 2,4 GHz като безжична б, така че беше съвместим с по-стари устройства, използващи този стандарт, но при 54 Mbps сега предлагаше производителност, сравнима с безжичните мрежи. Това беше достатъчно добро за повечето домашни потребители и безжичният g беше изключително популярен през първото десетилетие на 2000 г.

Тъй като Wi-Fi стана по-полезен и популярен, потребителите се нуждаеха от по-добра производителност, за да се справят с поточно предаване на видео и други взискателни приложения. В 802.11n спецификацията, която се появи през 2009 г., адресира това с някои важни технически промени, най-вече въртящи се около Антени с множество входове и множество изходни антени или MIMO, което позволява скорости до 300 Mbps. Той също така предлага свързване на канали, опция за използване на отделни канали за трафик нагоре и надолу по веригата, което повишена потенциална пропускателна способност – поне на теория – до 600 Mbps. Той използва както 2,4, така и 5 GHz честоти, така че беше обратно съвместим с устройства, използващи безжична а, б, и ж.

В безжичен ac спецификацията, датираща от 2014 г., усъвършенства тази технология допълнително чрез използването на многопотребителска MIMO технология или MU-MIMO. Това осигурява базови скорости до 433 Mbps на канал, а при свързване на канала теоретично е възможно да имате скоростта на безжичната мрежа достига гигабита, или хиляди Mbps. Безжичен ac самият той работи само в обхвата 5 GHz, но много производители включват безжичен n схеми, както и да поддържат рутерите си съвместими безжична б, ж и н.

Има няколко 802.11 протокола, които не се използват за Wi-Fi мрежи с общо предназначение, а за специфични комуникации между устройство. безжична реклама, например използва обхвата 60 GHz и наистина е много бърз – потенциално до 6,7 GHz – но в обхват от само 10 или 11 фута. Най-добре се използва в ситуации, които изискват висока пропускателна способност между устройства близо едно до друго. Безжичен ах, също известен като Wi-Fi HaLow, използва долната лента от 900 MHz, за да осигури разширен обхват с ограничена пропускателна способност до максимум 347 Mbps. Той е предназначен да предоставя сигнали с по-дълъг обхват за устройства с ниска мощност, като например интелигентни уреди и други IoT приложения.

Търсенето на подобрена производителност на Wi-Fi мрежата няма да изчезне скоро – точно обратното – така че на пазара се появява по-нова спецификация на IEEE. Нарича се безжична брадва, и използва известна дигитална ловкост за увеличаване на пропускателната способност. Той удвоява ширината на всеки наличен безжичен канал и позволява на сигналите да използват само частите от всеки канал, от който се нуждае, което прави цялата система по-ефективна. Предлага до четири пъти по-голям обхват и шест пъти по-висока производителност от безжичния ac, поне на теория, и – важно за IoT – поддържа много повече устройства едновременно.

Въпреки че спецификациите, използвани за Wi-Fi, са определени от инженерите на IEEE, самият термин "Wi-Fi" и логото на Wi-Fi са собственост на консорциум от производители, известни като Wi-Fi алианс. Инженерите може да са напълно доволни да идентифицират стандартите с букви и цифри, но производителите и техните маркетингови отдели обичат да поддържат нещата прости и запомнящи се. Ето защо Wi-Fi Alliance обяви нова марка, преименуване на безжичен n на Wireless 4, ac на Wireless 5 и ax на Wireless 6. Този вид система за номериране се използва за всичко - от мобилни телефони до филмови франчайзи, така че потребителите трябва да бъдат по-лесни за запомняне.

Не всички безжични протоколи са предназначени да покриват големи площи или да предоставят широкообхватни комуникационни възможности. Някои от най-полезните са стандартите с къс обхват предназначени да помогнат на устройствата с ниска мощност да взаимодействат помежду си. Това може да повлияе на начина, по който взаимодействате с компютър, телефон или други устройства, или как устройствата говорят директно помежду си.

Някои от най-простите форми на безжична технология, включително стандартна безжична мишка и клавиатура, изобщо не използват официален безжичен протокол. Вместо това те предават директно през предварително зададена радиочестота. По-старите устройства използват честотата от 27 MHz, използвана и за радиоуправляеми играчки. Има слаб обхват, но е идеален за устройства, които споделят едно бюро. По-новите версии използват обхвата 2,4 GHz и могат да се използват по-далече, което е чудесно, ако седите доста по-отдалечено от гигантски монитор.

RF устройствата се нуждаят от собствен приемник, за да работят, но Bluetooth не, поради което Bluetooth технология е по-универсален. Bluetooth се основава на друга IEEE безжична спецификация, 802.15.1, която е описана като за лични мрежи. Личните мрежи са предназначени за сменете проводниците и кабелите в и около един човек или работно място. Bluetooth е технология, използвана в този тип мрежа, тъй като се свързва надеждно, използва сравнително малко енергия и може да поддържа до осем устройства едновременно.

Bluetooth свързва устройства в част от обхвата 2,4 GHz. Когато устройствата са свързани за първи път или сдвоени чрез Bluetooth те създават уникален код за сигурност като вид тайно ръкостискане между тях. След като са сдвоени, те свържете се отново автоматично в бъдеще и не изискват никаква допълнителна настройка. Пропускателната способност на Bluetooth данни е сравнително ниска, така че се използва най-вече за входни и изходни устройства като мишки и клавиатури, високоговорители и микрофони и слушалки.

Ниската консумация на енергия винаги е била част от спецификацията на Bluetooth, тъй като безжичните устройства са се захранва от батерия при необходимост, но дори стандартният Bluetooth използва твърде много батерия за някои приложения. Ревизирана версия, Bluetooth с ниска енергия или BLE, обслужва този сегмент от пазара чрез намаляване на честотната лента и обхвата до намаляване на консумацията на енергия. Често се използва във фитнес ленти и смарт часовници, например, и има потенциал за използване и с IoT устройства.

Комуникации в близко поле, или NFC, е най-късият обхват от всички безжични протоколи. Работи на разстояние от само няколко инча, използвайки чипове с много ниска мощност. Знаете го като технологията, използвана в приложенията за плащане чрез докосване за вашия телефон, включително Apple Pay, Google Pay и Samsung Pay. Също така се използва широко в карти с ключове за сигурност и подобни приложения.

Други безжични протоколи се появяват, за да отговорят на нуждите на отделните интелигентни устройства и Интернет на нещата заедно. Те не са ориентирани към потребителите като такива, въпреки че продуктите, които позволяват, със сигурност са. Някои от по-известните включват:

• Тема: Този безжичен протокол стана част от портфолиото на Google, когато купи лидера за домашна автоматизация Nest. Базиран на безжичния стандарт 802.15.4 на IEEE, той се използва в детекторите за дим и устройствата за автоматизация на Nest. Други доставчици могат да изберат да използват Thread, ако искат да бъдат съвместими с продукти в екосистемата Nest.
  
• Zigbee и Zigbee Pro: Zigbee и Zigbee Pro работят на 2,4 GHz и 900 MHz ленти и потенциално могат да поддържат хиляди устройства наведнъж във всеки даден сайт. За разлика от Thread, Zigbee е подкрепен от консорциум от стотици производители.
  
• ZWave и ZWave Plus: Друг важен протокол за използване на IoT е ZWave, който е подобен на Zigbee, но е проектиран да бъде по-прост и по-евтин за прилагане. Той работи на 800 и 900 MHz ленти, които предлагат добър обхват и по-малко смущения от обхвата 2,4 GHz. Той е създаден от датската компания Zensys, но сега има широка подкрепа от производителите.
• MQTT: Транспортирането на телеметрия на опашка за съобщения е проектирано за устройства с ниска мощност и ниска пропускателна способност, като например относително „тъпи“ сензори, които не се нуждаят от вида пропускателна способност на данните, необходим за интерактивен „интелигентен“ IoT устройства.