Arten von drahtlosen Protokollen

Drahtlose Signale sind eine der am häufigsten verwendeten Kommunikationsoptionen, von Ihren bevorzugten lokalen Fernseh- und Radiosendern bis hin zu Ihrem Mobiltelefon. Einige der wichtigsten drahtlosen Technologien, die Ihr Heim-Internet betreiben, und die zunehmende Viele Smart Devices im Internet der Dinge oder IoT werden durch eine Reihe von Funkprotokollen reguliert. Je nach Verwendung kann ihre Reichweite betragen so viel wie mehrere Meilen oder so wenig wie ein paar Zoll.

Wenn Sie nicht in einer Gegend wohnen, die von herkömmlichen Internetanbietern bedient wird, haben Sie traditionell die Möglichkeiten beschränkten sich auf Einwahl oder Satellit, beides ist nicht besonders gut für modernes, reichhaltiges Internet Inhalt. Drahtlose Technologie kann diese Lücke auf verschiedene Weise schließen und Dienste bereitstellen, die sonst nicht verfügbar wären.

In Gebieten, in denen Kabel- und Glasfaserinternet nicht wirtschaftlich sind, das gleiche LTE Technologie, die Internetabdeckung auf Ihrem Mobiltelefon bietet, kann auch genutzt werden, um Heimanwendern drahtloses Internet bereitzustellen. Es kann über das bestehende Mobilfunknetz von den großen Mobilfunkanbietern oder von unabhängigen Dienstanbietern bereitgestellt werden, die sich dafür entscheiden, ihre eigenen Türme zu errichten. Die Geschwindigkeiten variieren zwischen den Anbietern, mit der aktuellen Technologie der 4. Generation, 4G, geben Geschwindigkeiten von bis zu respektablen 100 Mbit/s, während die bevorstehende 5G Technologie könnte theoretisch 10 Gbit/s erreichen.

Internetdienste mit Sichtkontakt verwenden, was auf eine leistungsstarke Version von herkömmlichem Wi-Fi hinausläuft, das sein Signal von Punkt zu Punkt überträgt, indem stark gerichtete Antennen. Da es seine Signale auf einen eng fokussierten Punkt ausstrahlt, ist die Wahrscheinlichkeit von Störungen bei dieser Art von Dienst geringer mit anderen Geräten und kann ein Signal mit höherer Leistung verwenden, das ansonsten unter FCC. illegal wäre Vorschriften. Die Geschwindigkeiten betragen normalerweise bis zu 25 Mbit/s, was für die meisten Anwendungen akzeptabel, wenn auch nicht ideal ist.

Mit dem Aufkommen des Internets der Dinge und seiner Horde intelligenter und semi-smarter Geräte besteht auch Bedarf an drahtlose Technologie, die mit einer großen Anzahl dieser stromsparenden Geräte in großen Städten und Vororten arbeiten kann Bereiche. Auch für diese kann die LTE-Technologie funktionieren, obwohl der Stromverbrauch relativ hoch ist. Eine wettbewerbsfähige Technologie ist die Long-Range-Wide-Area-Network-Protokoll oder LoRaWAN mit einer Reichweite von ein paar Meilen in städtischen Umgebungen und bis zu dreimal so viel in weniger dichten Vororten.

Wie viele andere elektrische Dinge basiert die drahtlose Technologie, die Sie in Ihrem Haus verwenden, auf Designspezifikationen des Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE). In diesem Fall, die eigentliche Spezifikation heißt 802.11, und es wurde im Laufe der Jahre aktualisiert, um Verbesserungen in der Technologie widerzuspiegeln und zu fördern. Diese Änderungen werden durch das Hinzufügen von Buchstaben beschrieben, wie z g, n oder ac nach der Nummer. Der Einfachheit halber werden diese Variationen in der Spezifikation als. bezeichnet drahtlose g, drahtlos nein, drahtlose ac und so weiter.

Ihr Heim-WLAN ist richtig als a. bekannt drahtloses lokales Netzwerk oder WLAN, aber die meisten nennen es einfach Wi-Fi und belassen es dabei. Ein Wi-Fi-Netzwerk dreht sich um ein zentrales Netzwerkgerät, einen sogenannten Access Point, der eine bidirektionale Kommunikation mit jedem an das Netzwerk angeschlossenen Gerät ermöglicht. Jedes Gerät wiederum benötigt eine drahtlose Netzwerkschnittstellenkarte oder NIC, um mit dem Zugangspunkt zu kommunizieren. Die von ihnen verwendeten drahtlosen Protokolle variieren stark in Bezug auf Reichweite und Leistung und werden mit jeder Generation besser.

Die meiste Wi-Fi-Kommunikation findet in zwei verschiedenen Funkfrequenzbändern statt, dem 2,4-GHz-Band und dem 5-GHz-Band. Diese Bänder sind minimal reguliert und werden für eine Vielzahl von Verbrauchergeräten verwendet, von Babyphones bis hin zu schnurlosen Telefonen. Sie können verschiedene Dinge gut. Frequenzen im 5-GHz-Band können mehr Daten schneller übertragen, aber die im 2,4-GHz-Band haben eine größere Reichweite und können besser durch Wände gehen. In der Vergangenheit wurden 2,4 GHz in mehr Geräten verwendet, aber das bedeutet 2,4 GHz Frequenzen sind überfüllter und anfälliger für Störungen.

Die frühesten Versionen der 802.11 Wi-Fi-Spezifikation, die auf den Markt kamen, waren drahtlos a und B, die Ende der 90er Jahre standardisiert wurden und Anfang der 2000er Jahre zu tatsächlichen Produkten wurden. Jeder verwendete eine andere Band. Drahtlos b nutzte das 2,4-GHz-Band und war in der Lage, mit Geschwindigkeiten von bis zu 11 Megabit pro Sekunde und einer Reichweite von bis zu 50 Metern zu vernetzen. Kabellosein nutzte das 5-GHz-Band und hatte einen Durchsatz von bis zu 54 Mbit/s, aber seine Reichweite betrug nur 25 bis 75 Fuß. Wireless b'sbessere Reichweite und relativ niedrige Kosten machte es zum populäreren der beiden.

Das erste Wi-Fi-Protokoll, das auf dem Verbrauchermarkt großen Erfolg hatte, war 802.11g oder drahtlose g. Es verwendet das gleiche 2,4-GHz-Band wie drahtlos b, also war es mit älteren Geräten kompatibel, die diesen Standard verwendeten, aber mit 54 Mbit/s bot es jetzt eine Leistung, die mit drahtlosen a-Netzwerken vergleichbar war. Das war für die meisten Heimanwender gut genug, und wireless g war sehr beliebt im ersten Jahrzehnt der 2000er Jahre.

Da Wi-Fi immer nützlicher und beliebter wurde, benötigten die Benutzer eine bessere Leistung, um Videostreaming und andere anspruchsvolle Anwendungen zu verarbeiten. Die 802.11n Spezifikation, die 2009 auf den Markt kam, wurde dies mit einigen wichtigen technischen Optimierungen angegangen, die sich hauptsächlich um drehten Antennen mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen oder MIMOs, die Geschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit/s ermöglichte. Es bot auch Channel Bonding, die Möglichkeit, separate Kanäle für Upstream- und Downstream-Verkehr zu verwenden, was Durchsatzpotenzial – zumindest theoretisch – auf 600 Mbit/s. gesteigert. Es verwendete sowohl 2,4- als auch 5-GHz-Frequenzen und war daher abwärtskompatibel mit Geräten, die verwenden drahtlos a, B, und g.

Die drahtlose ac Spezifikation aus dem Jahr 2014 verfeinerte diese Technologie durch den Einsatz von Mehrbenutzer-MIMO-Technologie oder MU-MIMO. Dies bietet Basisgeschwindigkeiten von bis zu 433 Mbit/s pro Kanal, und mit Kanalbündelung ist es theoretisch möglich, WLAN-Geschwindigkeiten bis in den Gigabit-Bereich, oder Tausende von Mbit/s. Wireless-ac selbst arbeitet ausschließlich im 5-GHz-Band, aber viele Hersteller enthalten drahtlos nein Schaltungen, um ihre Router kompatibel zu halten drahtlos b, g und n.

Es gibt einige 802.11-Protokolle, die nicht für Allzweck-WLAN-Netzwerke verwendet werden, sondern für spezifische Gerät-zu-Gerät-Kommunikation. Drahtlose Anzeige, verwendet zum Beispiel das 60-GHz-Band und ist tatsächlich sehr schnell – möglicherweise bis zu 6,7 GHz – aber in einer Reichweite von nur 3 oder 11 Fuß. Es wird am besten in Situationen verwendet, in denen ein hoher Durchsatz zwischen Geräten nahe beieinander erforderlich ist. Drahtloses ah, auch bekannt als WLAN HaLow, verwendet das untere 900-MHz-Band, um eine erweiterte Reichweite mit einem auf maximal 347 Mbit/s begrenzten Durchsatz bereitzustellen. Es soll Signale mit größerer Reichweite für Geräte mit geringem Stromverbrauch wie Smart Appliances und andere IoT-Anwendungen bereitstellen.

Die Nachfrage nach verbesserter Wi-Fi-Netzwerkleistung wird nicht so schnell verschwinden – ganz im Gegenteil – daher kommt eine neuere IEEE-Spezifikation auf den Markt. Es heißt drahtlose Axt, und es verwendet einige digitale Tricks, um den Durchsatz zu erhöhen. Es verdoppelt die Breite jedes verfügbaren drahtlosen Kanals und ermöglicht es den Signalen, nur die Teile jedes Kanals zu verwenden, die sie benötigen, wodurch das gesamte System effizienter wird. Es bietet bis zu vierfache Reichweite und sechsfache Leistung von kabellosem ac, zumindest theoretisch, und unterstützt – wichtig für das IoT – viel mehr Geräte gleichzeitig.

Obwohl die für Wi-Fi verwendeten Spezifikationen von den Ingenieuren des IEEE definiert werden, sind der Begriff "Wi-Fi" selbst und das Wi-Fi-Logo im Besitz eines Konsortiums von Herstellern, das als bekannt ist Wi-Fi-Allianz. Ingenieure können gerne Standards mit Buchstaben und Zahlen identifizieren, aber Hersteller und ihre Marketingabteilungen möchten die Dinge einfach und einprägsam halten. Aus diesem Grund hat die Wi-Fi Alliance ein neues Branding angekündigt, Umbenennen von wireless n in Wireless 4, ac in Wireless 5 und ax in Wireless 6. Diese Art von Nummerierungssystem wird für alles verwendet, von Mobiltelefonen bis hin zu Film-Franchises, daher sollte es für die Verbraucher einfacher sein, sich daran zu erinnern.

Nicht alle drahtlosen Protokolle sollen große Bereiche abdecken oder weitreichende Kommunikationsfähigkeiten bieten. Einige der nützlichsten sind Kurzstreckenstandards soll stromsparenden Geräten helfen, miteinander zu interagieren. Diese können sich darauf auswirken, wie Sie mit einem Computer, Telefon oder anderen Geräten interagieren oder wie Geräte direkt miteinander kommunizieren.

Einige der einfachsten Formen der drahtlosen Technologie, einschließlich einer standardmäßigen drahtlosen Maus und Tastatur, verwenden überhaupt kein formelles drahtloses Protokoll. Stattdessen senden sie direkt über eine voreingestellte Funkfrequenz. Ältere Geräte verwenden die 27 MHz-Frequenz, die auch für funkgesteuerte Spielzeuge verwendet wird. Es hat eine schlechte Reichweite, ist aber für Geräte, die sich einen Schreibtisch teilen, vollkommen in Ordnung. Neuere Versionen verwenden das 2,4-GHz-Band und können weiter entfernt verwendet werden, was großartig ist, wenn Sie weit von einem riesigen Monitor entfernt sitzen.

HF-Geräte benötigen einen eigenen Empfänger, um zu funktionieren, Bluetooth jedoch nicht, weshalb Bluetooth-Technologie ist vielseitiger. Bluetooth basiert auf einer anderen drahtlosen IEEE-Spezifikation, 802.15.1, die als für Personal Area Networks. Personal Area Networks sollen Ersetzen Sie Drähte und Kabel in und um eine einzelne Person oder am Arbeitsplatz. Bluetooth ist eine Technologie, die in dieser Art von Netzwerk verwendet wird, da sie eine zuverlässige Verbindung herstellt, relativ wenig Strom verbraucht und bis zu acht Geräte gleichzeitig unterstützen kann.

Bluetooth verbindet Geräte auf einem Abschnitt des 2,4-GHz-Bands. Wenn Geräte zum ersten Mal verbunden werden oder gepaart über Bluetooth erstellen sie einen einzigartigen Sicherheitscode als eine Art geheimen Handshake zwischen ihnen. Nachdem sie gepaart sind, werden sie in Zukunft automatisch wieder verbinden und benötigen keine zusätzliche Einrichtung. Der Bluetooth-Datendurchsatz ist relativ gering und wird daher hauptsächlich für Ein- und Ausgabegeräte wie Mäuse und Tastaturen, Lautsprecher sowie Mikrofone und Headsets verwendet.

Geringer Stromverbrauch war schon immer Teil der Bluetooth-Spezifikation, denn schnurlose Geräte sind notgedrungen batteriebetrieben, aber selbst Standard-Bluetooth verbraucht für manche zu viel Akkuleistung Anwendungen. Eine überarbeitete Version, Bluetooth Low Energy oder BLE, bedient dieses Marktsegment, indem es Bandbreite und Reichweite auf Energieverbrauch reduzieren. Es wird beispielsweise häufig in Fitnessbändern und Smartwatches verwendet und hat das Potenzial, auch mit IoT-Geräten verwendet zu werden.

Near Field Communications, oder NFC, ist die kürzeste Reichweite aller drahtlosen Protokolle. Es funktioniert über eine Entfernung von nur ein paar zoll, mit sehr stromsparenden Chips. Sie kennen es als Technologie, die in Tap-to-Pay-Apps für Ihr Telefon verwendet wird, einschließlich Apple Pay, Google Pay und Samsung Pay. Es wird auch häufig in Sicherheitsschlüsselkarten und ähnlichen Anwendungen verwendet.

Andere drahtlose Protokolle tauchen auf, um die Anforderungen einzelner intelligenter Geräte und des Internets der Dinge insgesamt zu erfüllen. Diese sind als solche nicht verbraucherorientiert, obwohl die Produkte, die sie ermöglichen, es sicherlich sind. Einige der bekanntesten sind:

• Gewinde: Dieses drahtlose Protokoll wurde Teil des Portfolios von Google, als es den führenden Heimautomatisierungsanbieter Nest kaufte. Es basiert auf dem drahtlosen Standard IEEE 802.15.4 und wird in Rauchmeldern und Automatisierungsgeräten von Nest verwendet. Andere Anbieter können sich für Thread entscheiden, wenn sie mit Produkten im Nest-Ökosystem kompatibel sein möchten.
  
• Zigbee und Zigbee Pro: Zigbee und Zigbee Pro arbeiten auf den 2,4-GHz- und 900-MHz-Bändern und können potenziell Tausende von Geräten gleichzeitig an jedem Standort unterstützen. Im Gegensatz zu Thread wird Zigbee von einem Konsortium aus Hunderten von Herstellern unterstützt.
  
• ZWave und ZWave Plus: Ein weiteres wichtiges Protokoll für die IoT-Nutzung ist ZWave, das Zigbee ähnelt, aber einfacher und kostengünstiger zu implementieren ist. Es arbeitet auf den 800- und 900-MHz-Bändern, die eine gute Reichweite und weniger Störungen bieten als das 2,4-GHz-Band. Es wurde von der dänischen Firma Zensys entwickelt, hat aber jetzt breite Unterstützung von Herstellern.
• MQTT: Message Queue Telemetry Transport ist für Geräte mit geringem Stromverbrauch und geringem Durchsatz wie z "dumme" Sensoren, die nicht den Datendurchsatz benötigen, der für interaktives "intelligentes" IoT erforderlich ist Geräte.