Τύποι ασύρματων πρωτοκόλλων

Τα ασύρματα σήματα είναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες επιλογές επικοινωνίας, από τους αγαπημένους σας τοπικούς τηλεοπτικούς και ραδιοφωνικούς σταθμούς μέχρι το κινητό σας τηλέφωνο. Μερικές από τις πιο κρίσιμες ασύρματες τεχνολογίες, αυτές που τρέχουν το Διαδίκτυο στο σπίτι σας και οι αυξανόμενες Ο αριθμός των έξυπνων συσκευών στο Internet of Things ή στο IoT ρυθμίζεται από μια σειρά ασύρματων πρωτοκόλλων. Ανάλογα με τη χρήση τους, το εύρος τους μπορεί να είναι όσο πολλά μίλια ή τόσο λίγα όσο μερικές ίντσες.

Εάν δεν ζείτε σε μια περιοχή που εξυπηρετείται από συμβατικούς παρόχους Διαδικτύου, οι επιλογές σας παραδοσιακά έχουν περιοριστεί σε dial-up ή δορυφορικά, κανένα από τα οποία δεν είναι ιδιαίτερα καλό στο σύγχρονο, πλούσιο Διαδίκτυο περιεχόμενο. Η ασύρματη τεχνολογία μπορεί να γεφυρώσει αυτό το χάσμα με μερικούς διαφορετικούς τρόπους, παρέχοντας υπηρεσίες εκεί που διαφορετικά δεν θα ήταν διαθέσιμη.

Σε περιοχές όπου το καλώδιο και το internet μέσω οπτικών ινών δεν είναι οικονομικές, το ίδιο LTE Η τεχνολογία που παρέχει κάλυψη Διαδικτύου στο κινητό σας τηλέφωνο μπορεί να αξιοποιηθεί για την παροχή ασύρματου Διαδικτύου και στους οικιακούς χρήστες. Μπορεί να παραδοθεί μέσω του υπάρχοντος κυψελοειδούς δικτύου από τους μεγάλους μεταφορείς ή από ανεξάρτητους παρόχους υπηρεσιών που επιλέγουν να δημιουργήσουν τους δικούς τους πύργους. Οι ταχύτητες ποικίλλουν μεταξύ των παρόχων, με την τρέχουσα τεχνολογία 4ης γενιάς, 4G, δίνοντας ταχύτητες έως και 100 Mbps, ενώ το προσεχές 5G η τεχνολογία θα μπορούσε θεωρητικά φτάνουν τα 10 Gbps.

Υπηρεσίες διαδικτύου σε απευθείας σύνδεση χρησιμοποιήστε ό, τι συνοψίζεται σε μια έκδοση υψηλής ισχύος συμβατικού Wi-Fi, η οποία μεταφέρει το σήμα του από σημείο σε σημείο χρησιμοποιώντας κεραίες υψηλής κατεύθυνσης. Επειδή μεταδίδει τα σήματα του σε ένα στενά εστιασμένο σημείο, αυτός ο τύπος υπηρεσίας είναι λιγότερο πιθανό να παρέμβει με άλλες συσκευές και μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα σήμα υψηλότερης ισχύος που διαφορετικά θα ήταν παράνομο σύμφωνα με την FCC Κανονισμοί. Οι ταχύτητες είναι συνήθως έως 25 Mbps, κάτι που είναι αποδεκτό για τις περισσότερες χρήσεις, αν όχι το ιδανικό.

Με την άνοδο του Διαδικτύου των Πραγμάτων και της ορδής των έξυπνων και ημι-έξυπνων συσκευών του, υπάρχει επίσης ανάγκη για ασύρματη τεχνολογία που μπορεί να λειτουργήσει με έναν τεράστιο αριθμό από αυτές τις συσκευές χαμηλής κατανάλωσης σε μεγάλες αστικές και προαστιακές πόλεις περιοχές. Η τεχνολογία LTE μπορεί να λειτουργήσει και για αυτούς, αν και η κατανάλωση ενέργειας είναι σχετικά υψηλή. Μια ανταγωνιστική τεχνολογία είναι η Πρωτόκολλο ευρείας περιοχής δικτύου μεγάλης εμβέλειας ή LoRaWAN με εμβέλεια μερικά μίλια σε αστικά περιβάλλοντα και έως και τριπλάσια από αυτή σε λιγότερο πυκνές προαστιακές περιοχές.

Όπως πολλά πράγματα ηλεκτρικά, η ασύρματη τεχνολογία που χρησιμοποιείτε γύρω από το σπίτι σας βασίζεται σε προδιαγραφές σχεδιασμού που ορίζονται από το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών ή IEEE. Σε αυτήν την περίπτωση, η πραγματική προδιαγραφή ονομάζεται 802.11, και έχει αναβαθμιστεί με τα χρόνια για να αντικατοπτρίζει – και να ενθαρρύνει – βελτιώσεις στην τεχνολογία. Αυτές οι αλλαγές περιγράφονται με την προσθήκη γραμμάτων, όπως π.χ σολ, n ή μετα Χριστον μετά τον αριθμό. Για ευκολία, αυτές οι παραλλαγές στις προδιαγραφές αναφέρονται ως ασύρματη ζ, ασύρματος ν, ασύρματο AC και ούτω καθεξής.

Το Wi-Fi του σπιτιού σας είναι γνωστό ως α ασύρματο τοπικό δίκτυο ή WLAN, αλλά οι περισσότεροι το αποκαλούν Wi-Fi και το αφήνουν έτσι. Ένα δίκτυο Wi-Fi περιστρέφεται γύρω από μια κεντρική συσκευή δικτύου, που ονομάζεται σημείο πρόσβασης, η οποία παρέχει αμφίδρομη επικοινωνία με κάθε συσκευή που είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο. Κάθε συσκευή, με τη σειρά της, πρέπει να διαθέτει κάρτα διασύνδεσης ασύρματου δικτύου ή NIC, για να επικοινωνεί με το σημείο πρόσβασης. Τα ασύρματα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούν ποικίλλουν ευρέως ως προς το εύρος και την απόδοση και βελτιώνονται με κάθε γενιά.

Οι περισσότερες επικοινωνίες Wi-Fi λαμβάνουν χώρα σε δύο διακριτές ζώνες ραδιοσυχνοτήτων, τη ζώνη των 2,4 GHz και τη ζώνη των 5 GHz. Αυτές οι ζώνες είναι ελάχιστα ρυθμισμένες και χρησιμοποιούνται για μια ποικιλία καταναλωτικών συσκευών, από οθόνες μωρών έως ασύρματα τηλέφωνα. Είναι καλοί σε διάφορα πράγματα. Οι συχνότητες στη ζώνη των 5 GHz μπορούν να μεταφέρουν περισσότερα δεδομένα πιο γρήγορα, αλλά αυτές στη ζώνη των 2,4 GHz έχουν μεγαλύτερη εμβέλεια και είναι καλύτερες στο να περνούν από τοίχους. Ιστορικά τα 2,4 GHz έχουν χρησιμοποιηθεί σε περισσότερες συσκευές, αλλά αυτό σημαίνει Οι συχνότητες 2,4 GHz είναι πιο πολυσύχναστες και επιρρεπείς σε παρεμβολές.

Οι παλαιότερες εκδόσεις της προδιαγραφής Wi-Fi 802.11 που έφτασαν στην αγορά ήταν ασύρματος α και σι, τα οποία τυποποιήθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του '90 και έγιναν πραγματικά προϊόντα στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Ο καθένας χρησιμοποιούσε διαφορετική μπάντα. Ασύρματο β χρησιμοποιούσε τη ζώνη των 2,4 GHz και είχε τη δυνατότητα δικτύωσης σε ταχύτητες έως και 11 megabit ανά δευτερόλεπτο και εμβέλεια έως και 150 πόδια. Ασύρματοςένα χρησιμοποιούσε τη ζώνη των 5 GHz και είχε απόδοση έως και 54 Mbps, αλλά η εμβέλειά της ήταν μόνο 25 έως 75 πόδια. Ασύρματα βκαλύτερη εμβέλεια και σχετικά χαμηλό κόστος το έκανε πιο δημοφιλές από τα δύο.

Το πρώτο πρωτόκολλο Wi-Fi που είχε μεγάλη επιτυχία στην καταναλωτική αγορά ήταν 802,11 γρ ή ασύρματη ζ. Χρησιμοποιούσε την ίδια ζώνη 2,4 GHz ασύρματη β, επομένως ήταν συμβατό με παλαιότερο εξοπλισμό χρησιμοποιώντας αυτό το πρότυπο, αλλά στα 54 Mbps προσέφερε πλέον απόδοση συγκρίσιμη με τα ασύρματα δίκτυα. Αυτό ήταν αρκετά καλό για τους περισσότερους οικιακούς χρήστες και Το ασύρματο g ήταν εξαιρετικά δημοφιλές κατά την πρώτη δεκαετία της δεκαετίας του 2000.

Καθώς το Wi-Fi έγινε πιο χρήσιμο και δημοφιλές, οι χρήστες χρειάζονταν καλύτερες επιδόσεις για να χειρίζονται τη ροή βίντεο και άλλες απαιτητικές εφαρμογές. ο 802.11n η προδιαγραφή, η οποία παρουσιάστηκε το 2009, το αντιμετώπισε με ορισμένες σημαντικές τεχνικές διορθώσεις, που αφορούσαν κυρίως Κεραίες πολλαπλής εισόδου πολλαπλής εξόδου ή MIMO, που επέτρεπε ταχύτητες έως και 300 Mbps. Προσέφερε επίσης σύνδεση καναλιών, τη δυνατότητα χρήσης χωριστών καναλιών για κυκλοφορία ανάντη και κατάντη, η οποία αύξησε τη δυναμική διεκπεραίωση – τουλάχιστον θεωρητικά – στα 600 Mbps. Χρησιμοποιούσε συχνότητες 2,4 και 5 GHz, επομένως ήταν συμβατό με συσκευές που χρησιμοποιούν ασύρματος α, σι, και σολ.

ο ασύρματο AC προδιαγραφή, που χρονολογείται από το 2014, βελτίωσε περαιτέρω αυτή την τεχνολογία μέσω της χρήσης του τεχνολογία MIMO πολλαπλών χρηστών ή MU-MIMO. Αυτό παρέχει βασικές ταχύτητες έως και 433 Mbps ανά κανάλι και με τη σύνδεση καναλιού, είναι θεωρητικά δυνατό να Το ασύρματο δίκτυο έχει ταχύτητα σε gigabit, ή χιλιάδες Mbps. Ασύρματο ac η ίδια λειτουργεί αποκλειστικά στη ζώνη των 5 GHz, αλλά πολλοί κατασκευαστές περιλαμβάνουν ασύρματος ν κυκλώματος καθώς και για να διατηρούν τους δρομολογητές τους συμβατούς ασύρματη β, σολ και n.

Υπάρχουν μερικά πρωτόκολλα 802.11 που δεν χρησιμοποιούνται για δίκτυα Wi-Fi γενικής χρήσης, αλλά για συγκεκριμένες επικοινωνίες συσκευής με συσκευή. Ασύρματη διαφήμιση, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί τη ζώνη των 60 GHz και είναι πράγματι πολύ γρήγορο – δυνητικά έως και 6,7 GHz – αλλά σε εύρος μόλις 10 ή 11 ποδιών. Χρησιμοποιείται καλύτερα σε καταστάσεις που απαιτούν υψηλή απόδοση μεταξύ συσκευών η μία κοντά στην άλλη. Ασύρματο αχ, επίσης γνωστός ως Wi-Fi HaLow, χρησιμοποιεί τη χαμηλότερη ζώνη των 900 MHz για να παρέχει εκτεταμένη εμβέλεια με ταχύτητα περιορισμένης μέγιστης ταχύτητας 347 Mbps. Προορίζεται να παρέχει σήματα μεγαλύτερης εμβέλειας για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης, όπως έξυπνες συσκευές και άλλες εφαρμογές IoT.

Η ζήτηση για βελτιωμένη απόδοση του δικτύου Wi-Fi δεν θα εξαφανιστεί σύντομα – το αντίθετο μάλιστα – έτσι υπάρχει μια νεότερη προδιαγραφή IEEE που έρχεται στην αγορά. Λέγεται ασύρματο τσεκούρι, και χρησιμοποιεί κάποια ψηφιακή τεχνοτροπία για να αυξήσει την απόδοση. Διπλασιάζει το πλάτος κάθε διαθέσιμου ασύρματου καναλιού και επιτρέπει στα σήματα να χρησιμοποιούν μόνο τα τμήματα κάθε καναλιού που χρειάζεται, κάνοντας ολόκληρο το σύστημα πιο αποτελεσματικό. Προσφέρει μέχρι τέσσερις φορές την εμβέλεια και εξαπλάσια την απόδοση του ασύρματου εναλλασσόμενου ρεύματος, τουλάχιστον θεωρητικά, και –σημαντικό για το IoT– υποστηρίζει πολλές περισσότερες συσκευές ταυτόχρονα.

Αν και οι προδιαγραφές που χρησιμοποιούνται για το Wi-Fi ορίζονται από τους μηχανικούς του IEEE, ο ίδιος ο όρος "Wi-Fi" και το λογότυπο Wi-Fi ανήκουν σε μια κοινοπραξία κατασκευαστών που είναι γνωστή ως Wi-Fi Alliance. Οι μηχανικοί μπορεί να είναι απόλυτα ευχαριστημένοι όταν ταυτίζουν τα πρότυπα με γράμματα και αριθμούς, αλλά οι κατασκευαστές και τα τμήματα μάρκετινγκ τους θέλουν να διατηρούν τα πράγματα απλά και αξέχαστα. Γι' αυτό η Wi-Fi Alliance ανακοίνωσε νέα επωνυμία, μετονομασία του ασύρματου n σε Wireless 4, του ac σε Wireless 5 και του ax σε Wireless 6. Αυτό το είδος συστήματος αρίθμησης χρησιμοποιείται για τα πάντα, από κινητά τηλέφωνα μέχρι franchise ταινιών, επομένως θα πρέπει να είναι ευκολότερο για τους καταναλωτές να το θυμούνται.

Δεν προορίζονται όλα τα ασύρματα πρωτόκολλα να καλύπτουν μεγάλες περιοχές ή να παρέχουν δυνατότητες επικοινωνίας ευρείας εμβέλειας. Μερικά από τα πιο χρήσιμα είναι πρότυπα μικρής εμβέλειας προορίζεται να βοηθήσει τις συσκευές χαμηλής κατανάλωσης να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αυτά μπορεί να επηρεάσουν τον τρόπο αλληλεπίδρασης με έναν υπολογιστή, τηλέφωνο ή άλλες συσκευές ή τον τρόπο με τον οποίο οι συσκευές συνομιλούν απευθείας μεταξύ τους.

Μερικές από τις απλούστερες μορφές ασύρματης τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένου ενός τυπικού ασύρματου ποντικιού και πληκτρολογίου, δεν χρησιμοποιούν καθόλου επίσημο ασύρματο πρωτόκολλο. Αντίθετα, εκπέμπουν απευθείας μέσω μιας προκαθορισμένης ραδιοφωνικής συχνότητας. Οι παλαιότερες συσκευές χρησιμοποιούν τη συχνότητα των 27 MHz, η οποία χρησιμοποιείται επίσης για ραδιοελεγχόμενα παιχνίδια. Έχει κακή εμβέλεια, αλλά είναι τέλεια για συσκευές που μοιράζονται ένα γραφείο. Οι νεότερες εκδόσεις χρησιμοποιούν τη ζώνη των 2,4 GHz και μπορούν να χρησιμοποιηθούν πιο μακριά, κάτι που είναι υπέροχο αν κάθεστε μακριά από μια γιγάντια οθόνη.

Οι συσκευές RF χρειάζονται τον δικό τους δέκτη για να λειτουργήσουν, αλλά το Bluetooth δεν το κάνει, γι' αυτό Τεχνολογία Bluetooth είναι πιο ευέλικτο. Το Bluetooth βασίζεται σε μια άλλη ασύρματη προδιαγραφή IEEE, 802.15.1, η οποία περιγράφεται ως προσωπικά δίκτυα περιοχής. Τα προσωπικά δίκτυα περιοχής προορίζονται να αντικαταστήστε τα καλώδια και τα καλώδια μέσα και γύρω από ένα άτομο ή χώρο εργασίας. Το Bluetooth είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε αυτόν τον τύπο δικτύου επειδή συνδέεται αξιόπιστα, χρησιμοποιεί σχετικά μικρή ισχύ και μπορεί να υποστηρίξει έως και οκτώ συσκευές ταυτόχρονα.

Το Bluetooth συνδέει συσκευές σε ένα τμήμα της ζώνης των 2,4 GHz. Όταν οι συσκευές συνδέονται για πρώτη φορά ή ζευγαρώσει μέσω Bluetooth, δημιουργούν έναν μοναδικό κωδικό ασφαλείας ως ένα είδος μυστικής χειραψίας μεταξύ τους. Αφού ζευγαρωθούν, αυτοί επανασυνδεθείτε αυτόματα στο μέλλον και δεν απαιτείται καμία πρόσθετη ρύθμιση. Η παροχή δεδομένων Bluetooth είναι σχετικά χαμηλή, επομένως χρησιμοποιείται κυρίως για συσκευές εισόδου και εξόδου, όπως ποντίκια και πληκτρολόγια, ηχεία και μικρόφωνα και ακουστικά.

Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας ήταν πάντα μέρος της προδιαγραφής Bluetooth, επειδή οι ασύρματες συσκευές είναι Λειτουργεί με μπαταρία αναγκαστικά, αλλά ακόμη και το τυπικό Bluetooth χρησιμοποιεί υπερβολική ισχύ μπαταρίας για ορισμένους εφαρμογές. Μια αναθεωρημένη έκδοση, Bluetooth χαμηλής ενέργειας ή BLE, εξυπηρετεί αυτό το τμήμα της αγοράς μειώνοντας το εύρος ζώνης και το εύρος σε μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Χρησιμοποιείται συχνά σε μπάντες γυμναστικής και έξυπνα ρολόγια, για παράδειγμα, και έχει τη δυνατότητα χρήσης και με συσκευές IoT.

Επικοινωνίες κοντινού πεδίου, ή NFC, είναι το μικρότερο εύρος από όλα τα ασύρματα πρωτόκολλα. Λειτουργεί σε απόσταση από μόλις μερικές ίντσες, χρησιμοποιώντας τσιπ πολύ χαμηλής κατανάλωσης. Το γνωρίζετε ως την τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές Tap-to-Pay για το τηλέφωνό σας, συμπεριλαμβανομένων των Apple Pay, Google Pay και Samsung Pay. Χρησιμοποιείται επίσης ευρέως σε κάρτες κλειδιών ασφαλείας και παρόμοιες εφαρμογές.

Άλλα ασύρματα πρωτόκολλα εμφανίζονται για να καλύψουν τις ανάγκες μεμονωμένων έξυπνων συσκευών και του Διαδικτύου των πραγμάτων συλλογικά. Αυτά δεν είναι προσανατολισμένα στον καταναλωτή ως τέτοια, αν και τα προϊόντα που ενεργοποιούν σίγουρα είναι. Μερικά από τα πιο σημαντικά περιλαμβάνουν:

• Νήμα: Αυτό το ασύρματο πρωτόκολλο έγινε μέρος του χαρτοφυλακίου της Google όταν αγόρασε την κορυφαία Nest οικιακού αυτοματισμού. Βασισμένο στο ασύρματο πρότυπο 802.15.4 της IEEE, χρησιμοποιείται στους ανιχνευτές καπνού και τις συσκευές αυτοματισμού της Nest. Άλλοι προμηθευτές μπορούν να επιλέξουν να χρησιμοποιούν το Thread εάν θέλουν να είναι συμβατοί με προϊόντα στο οικοσύστημα Nest.
  
• Zigbee και Zigbee Pro: Το Zigbee και το Zigbee Pro λειτουργούν στις ζώνες 2,4 GHz και 900 MHz και μπορούν ενδεχομένως να υποστηρίξουν χιλιάδες συσκευές κάθε φορά σε κάθε δεδομένο ιστότοπο. Σε αντίθεση με το Thread, το Zigbee υποστηρίζεται από μια κοινοπραξία εκατοντάδων κατασκευαστών.
  
• ZWave και ZWave Plus: Ένα άλλο σημαντικό πρωτόκολλο για χρήση του IoT είναι το ZWave, το οποίο είναι παρόμοιο με το Zigbee αλλά έχει σχεδιαστεί για να είναι απλούστερο και λιγότερο δαπανηρό στην εφαρμογή του. Λειτουργεί στις μπάντες των 800 και 900 MHz, οι οποίες προσφέρουν καλή εμβέλεια και λιγότερες παρεμβολές από τη ζώνη των 2,4 GHz. Δημιουργήθηκε από τη δανική εταιρεία Zensys αλλά τώρα έχει ευρεία υποστήριξη από κατασκευαστές.
• MQTT: Το Message Queue Telemetry Transport έχει σχεδιαστεί για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης και χαμηλής απόδοσης, όπως σχετικά «χαζοί» αισθητήρες, οι οποίοι δεν χρειάζονται το είδος της ροής δεδομένων που απαιτείται για το διαδραστικό «έξυπνο» IoT συσκευές.