Tipos de protocolos inalámbricos

Las señales inalámbricas son una de las opciones de comunicación más utilizadas, desde sus estaciones de radio y televisión locales favoritas hasta su teléfono celular. Algunas de las tecnologías inalámbricas más importantes, las que utilizan Internet en su hogar y la creciente La cantidad de dispositivos inteligentes en Internet de las cosas o IoT están regulados por una variedad de protocolos inalámbricos. Dependiendo de su uso, su rango puede ser tanto como varias millas o tan solo unas pocas pulgadas.

Si no vive en un área atendida por proveedores de Internet convencionales, sus opciones tradicionalmente se han limitado al acceso telefónico o al satélite, ninguno de los cuales es especialmente bueno en Internet rico y moderno contenido. La tecnología inalámbrica puede salvar esta brecha de diferentes maneras, proporcionando un servicio donde de otra manera no estaría disponible.

En áreas donde Internet por cable y fibra no es económico, lo mismo LTE La tecnología que proporciona cobertura de Internet en su teléfono móvil se puede aprovechar para proporcionar Internet inalámbrico también a los usuarios domésticos. Puede ser entregado a través de la red celular existente por los principales operadores o por proveedores de servicios independientes que opten por instalar sus propias torres. Las velocidades varían entre proveedores, con la tecnología actual de cuarta generación, 4G, donación velocidades de hasta unos respetables 100 Mbps, mientras que el próximo 5G la tecnología podría teóricamente alcanzan los 10 Gbps.

Servicios de Internet con visibilidad directa usar lo que se reduce a una versión de alta potencia de Wi-Fi convencional, que transfiere su señal de un punto a otro usando antenas altamente direccionales. Debido a que transmite sus señales a un punto bien enfocado, es menos probable que este tipo de servicio interfiera con otros dispositivos y puede usar una señal de mayor potencia que de otro modo sería ilegal según la FCC regulaciones. Las velocidades suelen ser de hasta 25 Mbps, lo que es aceptable para la mayoría de los usos, si no ideal.

Con el auge del Internet de las cosas y su horda de dispositivos inteligentes y semiinteligentes, también existe la necesidad de tecnología inalámbrica que puede funcionar con una gran cantidad de esos dispositivos de bajo consumo en grandes áreas urbanas y suburbanas áreas. La tecnología LTE también puede funcionar para ellos, aunque su consumo de energía es relativamente alto. Una tecnología competitiva es la Protocolo de red de área amplia de largo alcance o LoRaWAN con un alcance de un par de millas en entornos urbanos y hasta tres veces más en áreas suburbanas menos densas.

Como muchas cosas eléctricas, la tecnología inalámbrica que usa en su casa se basa en especificaciones de diseño establecidas por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, o IEEE. En este caso, la especificación real se llama 802.11, y se ha actualizado a lo largo de los años para reflejar, y fomentar, las mejoras en la tecnología. Esos cambios se describen agregando letras, como gramo, norte o C.A después del número. Por conveniencia, esas variaciones en la especificación se denominan inalámbrico g, inalámbrico n, ac inalámbrico etcétera.

El Wi-Fi de su hogar se conoce correctamente como Red inalámbrica local o WLAN, pero la mayoría de la gente simplemente lo llama Wi-Fi y lo deja así. Una red Wi-Fi gira en torno a un dispositivo de red central, llamado punto de acceso, que proporciona comunicaciones bidireccionales con todos los dispositivos conectados a la red. Cada dispositivo, a su vez, debe tener una tarjeta de interfaz de red inalámbrica, o NIC, para comunicarse con el punto de acceso. Los protocolos inalámbricos que utilizan varían ampliamente en alcance y rendimiento y mejoran con cada generación.

La mayoría de las comunicaciones Wi-Fi se realizan en dos bandas distintas de frecuencias de radio, la banda de 2,4 GHz y la banda de 5 GHz. Estas bandas están mínimamente reguladas y se utilizan para una variedad de dispositivos de consumo, desde monitores para bebés hasta teléfonos inalámbricos. Son buenos en diferentes cosas. Las frecuencias en la banda de 5 GHz pueden transportar más datos más rápidamente, pero las de la banda de 2,4 GHz tienen un rango más largo y son mejores para atravesar paredes. Históricamente se ha utilizado 2,4 GHz en más dispositivos, pero eso significa Las frecuencias de 2,4 GHz están más abarrotadas y son más propensas a sufrir interferencias.

Las primeras versiones de la especificación Wi-Fi 802.11 que llegaron al mercado fueron inalámbrico a y B, que se estandarizaron a fines de la década de 1990 y se convirtieron en productos reales a principios de la década de 2000. Cada uno usó una banda diferente. Inalámbrico b utilizaba la banda de 2,4 GHz y era capaz de conectarse en red a velocidades de hasta 11 megabits por segundo y un alcance de hasta 150 pies. Inalámbricoa usaba la banda de 5 GHz y tenía un rendimiento de hasta 54 Mbps, pero su rango era solo de 25 a 75 pies. B inalámbricosmejor alcance y costo relativamente bajo lo convirtió en el más popular de los dos.

El primer protocolo Wi-Fi que tuvo un gran éxito en el mercado de consumidores fue 802.11g o inalámbrico g. Utilizaba la misma banda de 2,4 GHz que inalámbrico b, por lo que era compatible con equipos más antiguos que usaban ese estándar, pero a 54 Mbps ahora ofrecía un rendimiento comparable al de las redes inalámbricas. Eso fue lo suficientemente bueno para la mayoría de los usuarios domésticos, y Wireless g fue muy popular durante la primera década de la década de 2000.

A medida que Wi-Fi se volvió más útil y popular, los usuarios necesitaban un mejor rendimiento para manejar la transmisión de video y otras aplicaciones exigentes. los 802.11n especificación, que apareció en 2009, abordó eso con algunos ajustes técnicos importantes, principalmente en torno a Antenas de múltiples entradas y múltiples salidas o MIMO, que permitía velocidades de hasta 300 Mbps. También ofrecía la vinculación de canales, la opción de utilizar canales separados para el tráfico ascendente y descendente, que aumento del rendimiento potencial, al menos en teoría, a 600 Mbps. Utilizaba frecuencias de 2,4 y 5 GHz, por lo que era compatible con dispositivos que usaban inalámbrico a, B, y gramo.

los ac inalámbrico especificación, que data de 2014, refinó aún más esa tecnología mediante el uso de tecnología MIMO multiusuario o MU-MIMO. Esto proporciona velocidades base de hasta 433 Mbps por canal, y con la vinculación de canales, teóricamente es posible tener velocidades de red inalámbrica muy en los gigabitso miles de Mbps. Inalámbrico ac en sí mismo opera únicamente en la banda de 5 GHz, pero muchos fabricantes incluyen inalámbrico n circuitos también para mantener sus enrutadores compatibles con inalámbrico b, gramo y norte.

Hay un par de protocolos 802.11 que no se utilizan para redes Wi-Fi de propósito general, sino para comunicaciones específicas de dispositivo a dispositivo. Anuncio inalámbrico, por ejemplo, usa la banda de 60 GHz y es muy rápido, potencialmente hasta 6,7 ​​GHz, pero dentro de un rango de solo 10 u 11 pies. Se usa mejor en situaciones que requieren un alto rendimiento entre dispositivos cercanos. Inalámbrico ah, también conocido como Wi-Fi HaLow, utiliza la banda inferior de 900 MHz para proporcionar un rango extendido con un rendimiento limitado a un máximo de 347 Mbps. Está destinado a proporcionar señales de mayor alcance para dispositivos de baja potencia, como dispositivos inteligentes y otras aplicaciones de IoT.

La demanda de un mejor rendimiento de la red Wi-Fi no desaparecerá pronto, todo lo contrario, por lo que hay una nueva especificación IEEE que está llegando al mercado. Se llama hacha inalámbricay utiliza algunos juegos de manos digitales para aumentar el rendimiento. Duplica el ancho de cada canal inalámbrico disponible y permite que las señales usen solo las porciones de cada canal que necesita, lo que hace que todo el sistema sea más eficiente. Ofrece hasta cuatro veces el alcance y seis veces el rendimiento de la CA inalámbrica, al menos en teoría, y –importante para el IoT– soporta muchos más dispositivos al mismo tiempo.

Aunque las especificaciones utilizadas para Wi-Fi las definen los ingenieros de IEEE, el término "Wi-Fi" en sí y el logotipo de Wi-Fi pertenecen a un consorcio de fabricantes conocido como Alianza Wi-Fi. Los ingenieros pueden estar perfectamente felices identificando estándares con letras y números, pero a los fabricantes y sus departamentos de marketing les gusta mantener las cosas simples y memorables. Es por eso que Wi-Fi Alliance ha anunciado una nueva marca, renombrar Wireless n como Wireless 4, ac como Wireless 5 y ax como Wireless 6. Ese tipo de sistema de numeración se usa para todo, desde teléfonos celulares hasta franquicias de películas, por lo que debería ser más fácil de recordar para los consumidores.

No todos los protocolos inalámbricos están pensados ​​para cubrir grandes áreas o para proporcionar una amplia capacidad de comunicación. Algunos de los más útiles son los estándares de corto alcance. destinado a ayudar a los dispositivos de bajo consumo a interactuar entre sí. Estos pueden afectar la forma en que interactúa con una computadora, teléfono u otros dispositivos, o cómo los dispositivos se comunican entre sí directamente.

Algunas de las formas más simples de tecnología inalámbrica, incluido un mouse y un teclado inalámbricos estándar, no utilizan en absoluto un protocolo inalámbrico formal. En su lugar, transmiten directamente a través de una frecuencia de radio preestablecida. Los dispositivos más antiguos utilizan la frecuencia de 27 MHz, que también se utiliza para juguetes controlados por radio. Tiene un alcance deficiente, pero está perfectamente bien para dispositivos que comparten un escritorio. Las versiones más nuevas usan la banda de 2.4 GHz y se pueden usar más lejos, lo cual es genial si está sentado bien lejos de un monitor gigante.

Los dispositivos de RF necesitan su propio receptor para funcionar, pero Bluetooth no, por eso Tecnología bluetooth es más versátil. Bluetooth se basa en otra especificación inalámbrica IEEE, 802.15.1, que se describe como para redes de área personal. Las redes de área personal están destinadas a Reemplazar alambres y cables en y alrededor de una sola persona o espacio de trabajo. Bluetooth es una tecnología utilizada en este tipo de red porque se conecta de manera confiable, usa relativamente poca energía y puede admitir hasta ocho dispositivos simultáneamente.

Bluetooth conecta dispositivos en una porción de la banda de 2,4 GHz. Cuando los dispositivos se conectan por primera vez o emparejado a través de Bluetooth, crean un código de seguridad único como una especie de apretón de manos secreto entre ellos. Una vez emparejados, reconectarse automáticamente en el futuro y no requiere ninguna configuración adicional. El rendimiento de datos de Bluetooth es relativamente bajo, por lo que se usa principalmente para dispositivos de entrada y salida como mouse y teclados, parlantes, micrófonos y auriculares.

El bajo consumo de energía siempre fue parte de la especificación de Bluetooth porque los dispositivos inalámbricos son funciona con batería por necesidad, pero incluso el Bluetooth estándar consume demasiada energía de la batería para algunos aplicaciones. Una versión revisada, Bluetooth de baja energía o BLE, abastece a ese segmento del mercado mediante la reducción del ancho de banda y el alcance para reducir el consumo de energía. Se usa con frecuencia en bandas de fitness y relojes inteligentes, por ejemplo, y también tiene el potencial de usarse con dispositivos IoT.

Comunicaciones de campo cercano, o NFC, es el de menor alcance de todos los protocolos inalámbricos. Opera a una distancia de solo unos centímetros, utilizando chips de muy baja potencia. Lo conoce como la tecnología utilizada en las aplicaciones de tocar para pagar para su teléfono, incluidas Apple Pay, Google Pay y Samsung Pay. También se utiliza mucho en tarjetas de seguridad y aplicaciones similares.

Están surgiendo otros protocolos inalámbricos para satisfacer las necesidades de los dispositivos inteligentes individuales y la Internet de las cosas en conjunto. Estos no están orientados al consumidor como tales, aunque los productos que permiten ciertamente lo están. Algunos de los más destacados incluyen:

• Hilo: Este protocolo inalámbrico se convirtió en parte de la cartera de Google cuando compró Nest, líder en automatización del hogar. Basado en el estándar inalámbrico 802.15.4 de IEEE, se utiliza en los detectores de humo y dispositivos de automatización de Nest. Otros proveedores pueden optar por utilizar Thread si quieren ser compatibles con los productos del ecosistema de Nest.
  
• Zigbee y Zigbee Pro: Zigbee y Zigbee Pro operan en las bandas de 2.4 GHz y 900 MHz y potencialmente pueden admitir miles de dispositivos a la vez en cualquier sitio. A diferencia de Thread, Zigbee está respaldado por un consorcio de cientos de fabricantes.
  
• ZWave y ZWave Plus: Otro protocolo importante para el uso de IoT es ZWave, que es similar a Zigbee pero está diseñado para ser más simple y menos costoso de implementar. Opera en las bandas de 800 y 900 MHz, que ofrecen un buen alcance y menos interferencia que la banda de 2,4 GHz. Fue creado por la empresa danesa Zensys, pero ahora cuenta con un amplio apoyo de los fabricantes.
• MQTT: El transporte de telemetría de cola de mensajes está diseñado para dispositivos de bajo rendimiento y bajo consumo Sensores "tontos", que no necesitan el tipo de rendimiento de datos necesario para la IoT "inteligente" interactiva dispositivos.