Typer af trådløse protokoller

Trådløse signaler er en af ​​de mest udbredte kommunikationsmuligheder, fra dine foretrukne lokale tv- og radiostationer til din mobiltelefon. Nogle af de mest afgørende trådløse teknologier, dem der driver dit hjemmeinternet og den stigende antallet af smarte enheder på Internet of Things eller IoT er reguleret af en række trådløse protokoller. Afhængigt af deres brug kan deres rækkevidde være så meget som flere miles eller så lidt som et par inches.

Hvis du ikke bor i et område, der betjenes af konventionelle internetudbydere, er dine muligheder traditionelt har været begrænset til dial-up eller satellit, hvoraf ingen af ​​dem er særlig gode til moderne, rigt internet indhold. Trådløs teknologi kan bygge bro over denne kløft på et par forskellige måder og levere service, hvor den ellers ikke ville være tilgængelig.

I områder, hvor kabel- og fiberinternet ikke er økonomisk, det samme

Linje-of-sight internettjenester bruge, hvad der koger ned til en højtydende version af konventionel Wi-Fi, som overfører sit signal fra punkt til punkt vha. meget retningsbestemte antenner. Fordi den sender sine signaler til et tæt fokuseret punkt, er denne type service mindre tilbøjelig til at forstyrre med andre enheder og kan bruge et signal med højere effekt, som ellers ville være ulovligt under FCC forskrifter. Hastigheden er typisk op til 25 Mbps, hvilket er acceptabelt til de fleste anvendelser, hvis ikke ideelt.

Med fremkomsten af ​​Internet of Things og dets horde af smarte og semi-smarte enheder, er der også behov for trådløs teknologi, der kan arbejde med et stort antal af disse lavenergi-enheder over store byer og forstæder områder. LTE-teknologi kan også fungere for dem, selvom dens strømforbrug er relativt højt. En konkurrencedygtig teknologi er Lang rækkevidde Wide Area Network-protokol eller LoRaWAN med en rækkevidde på et par miles i bymiljøer og op til tre gange så stor i mindre tætte forstæder.

Ligesom mange andre ting, der er elektriske, er den trådløse teknologi, du bruger omkring dit hus, baseret på designspecifikationer, der er udarbejdet af Institute of Electrical and Electronic Engineers, eller IEEE. I dette tilfælde, den faktiske specifikation hedder 802.11, og det er blevet opgraderet gennem årene for at afspejle – og tilskynde til – forbedringer i teknologien. Disse ændringer beskrives ved at tilføje bogstaver, som f.eks g, n eller ac efter nummeret. For nemheds skyld omtales disse variationer i specifikationerne som trådløs g, trådløs n, trådløs ac og så videre.

Dit hjem Wi-Fi er kendt rigtigt som en trådløst lokalnetværk eller WLAN, men de fleste kalder det bare Wi-Fi og lader det ligge. Et Wi-Fi-netværk drejer sig om en central netværksenhed, kaldet et adgangspunkt, som giver tovejskommunikation med hver enhed, der er tilsluttet netværket. Hver enhed skal til gengæld have et trådløst netværkskort, eller NIC, for at kommunikere med adgangspunktet. De trådløse protokoller, de bruger, varierer meget i rækkevidde og ydeevne og bliver bedre for hver generation.

Det meste Wi-Fi-kommunikation foregår i to adskilte bånd af radiofrekvenser, 2,4 GHz-båndet og 5 GHz-båndet. Disse bånd er minimalt regulerede, og de bruges til en række forskellige forbrugerenheder fra babyalarmer til trådløse telefoner. De er gode til forskellige ting. Frekvenser i 5 GHz-båndet kan transportere flere data hurtigere, men dem i 2,4 GHz-båndet har længere rækkevidde, og de er bedre til at gå gennem vægge. Historisk er 2,4 GHz blevet brugt i flere enheder, men det betyder 2,4 GHz-frekvenser er mere overfyldte og tilbøjelige til interferens.

De tidligste versioner af 802.11 Wi-Fi-specifikationen til at nå markedet var trådløs a og b, som blev standardiseret i slutningen af ​​90'erne og blev til egentlige produkter i begyndelsen af ​​2000'erne. Hver brugte et andet band. Trådløs b brugte 2,4 GHz-båndet, og det var i stand til at netværke med hastigheder på op til 11 megabit i sekundet og rækkevidde på op til 150 fod. Trådløs-en brugte 5 GHz-båndet og havde en gennemstrømning på op til 54 Mbps, men rækkevidden var kun 25 til 75 fod. Trådløse b'erbedre rækkevidde og relativt lave omkostninger gjorde den til den mere populære af de to.

Den første Wi-Fi-protokol, der havde stor succes på forbrugermarkedet, var 802,11 g eller trådløs g. Den brugte det samme 2,4 GHz-bånd som trådløs b, så det var kompatibelt med ældre udstyr, der brugte den standard, men med 54 Mbps tilbød det nu ydeevne, der kan sammenlignes med trådløse netværk. Det var godt nok for de fleste hjemmebrugere, og trådløs g var enormt populær i det første årti af 2000'erne.

Efterhånden som Wi-Fi blev mere nyttigt og populært, havde brugerne brug for bedre ydeevne til at håndtere videostreaming og andre krævende applikationer. Det 802.11n specifikationen, som kom i 2009, adresserede det med nogle vigtige tekniske justeringer, der hovedsageligt drejede sig om Multiple-input Multiple-output antenner eller MIMO'er, som tillod hastigheder på op til 300 Mbps. Det tilbød også kanalbinding, muligheden for at bruge separate kanaler til upstream og downstream trafik, hvilket øget potentiel gennemstrømning – i hvert fald i teorien – til 600 Mbps. Den brugte både 2,4 og 5 GHz frekvenser, så den var bagudkompatibel med enheder ved hjælp af trådløs a, b, og g.

Det trådløs ac specifikation, der stammer fra 2014, forfinede denne teknologi yderligere gennem brug af multi-user MIMO teknologi eller MU-MIMO. Dette giver basishastigheder på op til 433 Mbps pr. kanal, og med kanalbinding er det teoretisk muligt at have trådløst netværk hastigheder langt op i gigabiteller tusindvis af Mbps. Trådløs ac selv opererer udelukkende i 5 GHz-båndet, men mange producenter inkluderer trådløs n kredsløb for at holde deres routere kompatible med trådløs b, g og n.

Der er et par 802.11-protokoller, der ikke bruges til generelle Wi-Fi-netværk, men til specifik enhed-til-enhed kommunikation. Trådløs annonce, bruger for eksempel 60 GHz-båndet og er faktisk meget hurtig – potentielt op til 6,7 GHz – men inden for en rækkevidde på kun 10 eller 11 fod. Det er bedst brugt i situationer, der kræver høj gennemstrømning mellem enheder i nærheden af ​​hinanden. Trådløs ah, også kendt som Wi-Fi HaLow, bruger det nederste 900 MHz-bånd til at give udvidet rækkevidde med gennemløb begrænset til et maksimum på 347 Mbps. Det er beregnet til at levere signaler med længere rækkevidde til enheder med lav effekt, såsom smarte apparater og andre IoT-applikationer.

Efterspørgslen efter forbedret Wi-Fi-netværksydelse vil ikke forsvinde lige nu – tværtimod – så der er en nyere IEEE-specifikation på vej på markedet. Det hedder trådløs økse, og den bruger noget digitalt håndelag til at øge gennemløbet. Det fordobler bredden af ​​hver tilgængelig trådløs kanal og tillader signaler at bruge netop de dele af hver kanal, den har brug for, hvilket gør hele systemet mere effektivt. Det giver op til fire gange rækkevidden og seks gange ydeevnen af ​​trådløs ac, i hvert fald i teorien, og – vigtigt for IoT – understøtter mange flere enheder på samme tid.

Selvom de specifikationer, der bruges til Wi-Fi er defineret af ingeniørerne i IEEE, ejes selve udtrykket "Wi-Fi" og Wi-Fi-logoet af et konsortium af producenter kendt som Wi-Fi Alliance. Ingeniører kan være helt glade for at identificere standarder med bogstaver og tal, men producenter og deres marketingafdelinger kan lide at holde tingene enkle og mindeværdige. Det er derfor, Wi-Fi Alliance har annonceret nyt branding, omdøb trådløs n til Wireless 4, ac som Wireless 5 og ax som Wireless 6. Den slags nummereringssystem bruges til alt fra mobiltelefoner til filmfranchise, så det burde være lettere for forbrugerne at huske.

Ikke alle trådløse protokoller er beregnet til at dække store områder eller give bred kommunikationskapacitet. Nogle af de mest nyttige er standarder med kort rækkevidde beregnet til at hjælpe enheder med lavt strømforbrug til at interagere med hinanden. Disse kan påvirke, hvordan du interagerer med en computer, telefon eller andre enheder, eller hvordan enheder taler direkte med hinanden.

Nogle af de enkleste former for trådløs teknologi, herunder en standard trådløs mus og tastatur, bruger slet ikke en formel trådløs protokol. De sender i stedet direkte over en forudindstillet radiofrekvens. Ældre enheder bruger 27 MHz-frekvensen, som også bruges til radiostyret legetøj. Det har dårlig rækkevidde, men er helt fint til enheder, der deler et skrivebord. Nyere versioner bruger 2,4 GHz-båndet og kan bruges længere væk, hvilket er fantastisk, hvis du sidder godt tilbage fra en kæmpe skærm.

RF-enheder har brug for deres egen modtager for at fungere, men Bluetooth gør det ikke, og det er derfor Bluetooth-teknologi er mere alsidig. Bluetooth er baseret på en anden trådløs IEEE-specifikation, 802.15.1, som beskrives som værende til personlige områdenetværk. Personlige områdenetværk er beregnet til udskift ledninger og kabler i og omkring en enkelt person eller arbejdsplads. Bluetooth er en teknologi, der bruges i denne type netværk, fordi den forbinder pålideligt, bruger relativt lidt strøm og kan understøtte op til otte enheder samtidigt.

Bluetooth forbinder enheder på et stykke af 2,4 GHz-båndet. Når enheder først tilsluttes eller parret gennem Bluetooth skaber de en unik sikkerhedskode som en slags hemmeligt håndtryk mellem dem. Efter de er parret, de oprette forbindelse igen automatisk i fremtiden og kræver ikke yderligere opsætning. Bluetooth-datagennemstrømningen er relativt lav, så den bruges mest til input- og outputenheder såsom mus og tastaturer, højttalere og mikrofoner og headset.

Lavt strømforbrug var altid en del af Bluetooth-specifikationen, fordi trådløse enheder er batteridrevet af nødvendighed, men selv standard Bluetooth bruger for meget batteristrøm for nogle applikationer. En revideret version, Bluetooth lavenergi eller BLE, henvender sig til det segment af markedet ved at skære båndbredde og rækkevidde ned til reducere energiforbruget. Det bruges ofte i fitnessbånd og smartwatches, for eksempel, og har også potentiale til brug med IoT-enheder.

Nærfeltskommunikation, eller NFC, er den korteste rækkevidde af alle trådløse protokoller. Den fungerer over en afstand på kun et par centimeter, ved hjælp af chips med meget lav effekt. Du kender det som teknologien, der bruges i tap-til-betal-apps til din telefon, herunder Apple Pay, Google Pay og Samsung Pay. Det er også meget brugt i sikkerhedsnøglekort og lignende applikationer.

Andre trådløse protokoller dukker op for at imødekomme behovene hos individuelle smartenheder og tingenes internet tilsammen. Disse er ikke forbrugerorienterede som sådan, selvom de produkter, de muliggør, bestemt er det. Et par af de mere fremtrædende inkluderer:

• Tråd: Denne trådløse protokol blev en del af Googles portefølje, da den købte hjemmeautomatiseringslederen Nest. Baseret på IEEE's 802.15.4 trådløse standard, bruges den i Nests røgdetektorer og automatiseringsenheder. Andre leverandører kan vælge at bruge Thread, hvis de ønsker at være kompatible med produkter i Nest-økosystemet.
  
• Zigbee og Zigbee Pro: Zigbee og Zigbee Pro opererer på 2,4 GHz- og 900 MHz-båndene og kan potentielt understøtte tusindvis af enheder ad gangen på et givet sted. I modsætning til Thread er Zigbee støttet af et konsortium af hundredvis af producenter.
  
• ZWave og ZWave Plus: En anden vigtig protokol til IoT-brug er ZWave, som ligner Zigbee, men designet til at være enklere og billigere at implementere. Den fungerer på 800 og 900 MHz-båndene, som tilbyder god rækkevidde og mindre interferens end 2,4 GHz-båndet. Det er skabt af det danske firma Zensys, men har nu bred opbakning fra producenter.
• MQTT: Message Queue Telemetry Transport er designet til enheder med lav effekt, lavt kapacitet, f.eks. relativt "dum" sensorer, som ikke har brug for den slags datagennemstrømning, der kræves til interaktiv "smart" IoT enheder.