Langattomien protokollien tyypit

Langattomat signaalit ovat yksi laajimmin käytetyistä viestintävaihtoehdoista paikallisista suosikkitelevisio- ja radioasemistasi matkapuhelimeesi. Jotkut tärkeimmistä langattomista teknologioista, jotka käyttävät kotisi Internetiä ja kasvavat Esineiden Internetissä tai IoT: ssä olevien älylaitteiden määrää säätelevät useat langattomat protokollat. Niiden käytöstä riippuen niiden valikoima voi olla jopa useita maileja tai niin vähän kuin muutama tuuma.

Jos et asu alueella, jota palvelevat perinteiset Internet-palveluntarjoajat, vaihtoehtosi perinteisesti ovat rajoittuneet puhelinverkkoon tai satelliittiin, joista kumpikaan ei ole erityisen hyvä nykyaikaisessa, monipuolisessa Internetissä sisältö. Langaton tekniikka voi kuroa umpeen tämän aukon muutamalla eri tavalla tarjoten palvelua siellä, missä sitä ei muuten olisi saatavilla.

Alueilla, joilla kaapeli- ja valokuituinternet eivät ole taloudellisia, sama

Näkyvyyden Internet-palvelut käyttää tavanomaisen Wi-Fi-verkon suuritehoista versiota, joka siirtää signaalinsa pisteestä toiseen käyttämällä erittäin suuntaavat antennit. Koska se lähettää signaalinsa tiukasti kohdistettuun kohtaan, tämän tyyppinen palvelu ei todennäköisesti häiritse muiden laitteiden kanssa ja voivat käyttää tehokkaampaa signaalia, joka muuten olisi FCC: n laitonta määräyksiä. Nopeudet ovat tyypillisesti jopa 25 Mbps, mikä on hyväksyttävää useimpiin käyttötarkoituksiin, ellei ihanteellista.

Esineiden internetin ja sen älykkäiden ja puoliälykkäiden laitteiden joukon lisääntyessä tarvitaan myös langatonta tekniikkaa, joka voi toimia suuren määrän vähätehoisia laitteita suurissa kaupunki- ja esikaupunkialueilla alueilla. LTE-tekniikka voi toimia myös näissä, vaikka sen virrankulutus on suhteellisen korkea. Kilpailukykyinen tekniikka on Long Range Wide Area Network -protokolla tai LoRaWAN joiden toimintasäde on muutaman mailin kaupunkiympäristössä ja jopa kolme kertaa vähemmän tiheillä esikaupunkialueilla.

Kuten monet sähkölaitteet, kodissasi käyttämäsi langaton tekniikka perustuu Institute of Electrical and Electronic Engineersin eli IEEE: n suunnitteluspesifikaatioihin. Tässä tapauksessa, varsinainen määritys on 802.11, ja sitä on päivitetty vuosien varrella heijastamaan – ja rohkaisemaan – teknologian parannuksia. Muutokset kuvataan lisäämällä kirjaimia, kuten g, n tai ac numeron jälkeen. Mukavuussyistä näihin spesifikaatioiden muunnelmiin viitataan nimellä langaton g, langaton n, langaton ac ja niin edelleen.

Kotisi Wi-Fi tunnetaan oikein nimellä a langaton lähiverkko tai WLAN, mutta useimmat ihmiset kutsuvat sitä vain Wi-Fi: ksi ja jättävät sen siihen. Wi-Fi-verkko pyörii keskusverkkolaitteen, jota kutsutaan tukiasemaksi, ympärillä, joka tarjoaa kaksisuuntaisen viestinnän jokaisen verkkoon liitetyn laitteen kanssa. Jokaisessa laitteessa on puolestaan ​​oltava langaton verkkokortti eli NIC kommunikoidakseen tukiaseman kanssa. Niiden käyttämät langattomat protokollat ​​vaihtelevat suuresti kantaman ja suorituskyvyn osalta, ja ne paranevat sukupolven myötä.

Suurin osa Wi-Fi-viestinnästä tapahtuu kahdella erillisellä radiotaajuuskaistalla, 2,4 GHz: n ja 5 GHz: n kaistalla. Nämä nauhat ovat minimaalisesti säädeltyjä, ja niitä käytetään erilaisissa kuluttajalaitteissa itkuhälyttimistä langattomiin puhelimiin. He ovat hyviä eri asioissa. 5 GHz: n taajuudet voivat kuljettaa enemmän dataa nopeammin, mutta 2,4 GHz: n taajuudella on pidempi kantama, ja ne kulkevat paremmin seinien läpi. Historiallisesti 2,4 GHz on käytetty useammissa laitteissa, mutta se tarkoittaa 2,4 GHz: n taajuudet ovat ruuhkaisempia ja alttiimpia häiriöille.

Varhaisimmat markkinoille saapuneet 802.11-Wi-Fi-määrityksen versiot olivat langaton a ja b, jotka standardisoitiin 90-luvun lopulla ja niistä tuli todellisia tuotteita 2000-luvun alussa. Jokainen käytti eri bändiä. Langaton b käytti 2,4 GHz: n kaistaa, ja se kykeni verkkoon jopa 11 megabitin sekunnissa ja kantama jopa 150 jalkaa. Langatona käytti 5 GHz: n kaistaa ja sen suorituskyky oli jopa 54 Mbps, mutta sen kantama oli vain 25-75 jalkaa. Langattomat b: tparempi valikoima ja suhteellisen alhaiset kustannukset teki siitä suositumman kahdesta.

Ensimmäinen Wi-Fi-protokolla, jolla oli laaja menestys kuluttajamarkkinoilla, oli 802,11 g tai langaton g. Se käytti samaa 2,4 GHz kaistaa kuin langaton b, joten se oli yhteensopiva tätä standardia käyttävien vanhempien laitteiden kanssa, mutta 54 Mbps: n nopeudella se tarjosi nyt suorituskyvyn, joka on verrattavissa langattomiin verkkoihin. Se riitti useimmille kotikäyttäjille ja langaton g oli erittäin suosittu 2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä.

Kun Wi-Fistä tuli entistä hyödyllisempi ja suositumpi, käyttäjät tarvitsivat parempaa suorituskykyä videon suoratoiston ja muiden vaativien sovellusten käsittelemiseksi. The 802.11n vuonna 2009 julkaistussa spesifikaatiossa käsiteltiin sitä muutamilla tärkeillä teknisillä parannuksilla, jotka pääasiassa pyörivät Usean tulon usean ulostulon antennit tai MIMOt, joka salli jopa 300 Mbps nopeuden. Se tarjosi myös kanavan yhdistämisen, mahdollisuuden käyttää erillisiä kanavia ylävirran ja alavirran liikenteeseen, mikä nosti potentiaalisen suorituskyvyn – ainakin teoriassa – 600 Mbps: iin. Se käytti sekä 2,4 että 5 GHz taajuuksia, joten se oli taaksepäin yhteensopiva laitteiden kanssa langaton a, b, ja g.

The langaton ac vuodelta 2014 peräisin oleva eritelmä jalosti tätä tekniikkaa edelleen käyttämällä monen käyttäjän MIMO-tekniikka tai MU-MIMO. Tämä tarjoaa perusnopeudet jopa 433 Mbps kanavaa kohti, ja kanavaliitoksen avulla on teoriassa mahdollista saada langattoman verkon nopeudet ovat reilusti gigabittejä, tai tuhansia Mbps. Langaton ac itse toimii vain 5 GHz: n taajuudella, mutta monet valmistajat sisältävät myös langaton n piirit, jotta niiden reitittimet ovat yhteensopivia langaton b, g ja n.

On olemassa pari 802.11-protokollaa, joita ei käytetä yleiskäyttöisiin Wi-Fi-verkkoihin, vaan tiettyä laitteiden välistä viestintää. Langaton mainos, esimerkiksi käyttää 60 GHz: n kaistaa ja on todella nopea – mahdollisesti jopa 6,7 ​​GHz – mutta vain 10 tai 11 jalan etäisyydellä. Sitä käytetään parhaiten tilanteissa, joissa tarvitaan suurta kapasiteettia lähellä olevien laitteiden välillä. Langaton ah, tunnetaan myös Wi-Fi HaLow, käyttää alempaa 900 MHz: n kaistaa tarjotakseen laajennetun kantaman suorituskyvyn ollessa enintään 347 Mbps. Se on tarkoitettu tarjoamaan pidemmän kantaman signaaleja pienitehoisille laitteille, kuten älylaitteille ja muille IoT-sovelluksille.

Parannetun Wi-Fi-verkon suorituskyvyn tarve ei katoa pian – päinvastoin – joten markkinoille on tulossa uudempi IEEE-spesifikaatio. Sitä kutsutaan langaton kirves, ja se käyttää digitaalista näppäryyttä lisäämään suorituskykyä. Se kaksinkertaistaa jokaisen saatavilla olevan langattoman kanavan leveyden ja sallii signaalien käyttää vain kunkin kanavan tarvitsemia osia, mikä tekee koko järjestelmästä tehokkaamman. Se tarjoaa jopa neljä kertaa langattoman AC: n kantama ja kuusi kertaa tehokkaampi, ainakin teoriassa, ja – mikä on tärkeää IoT: lle – tukee monia muita laitteita samanaikaisesti.

Vaikka IEEE: n insinöörit ovat määritelleet Wi-Fi: n tekniset tiedot, itse termi "Wi-Fi" ja Wi-Fi-logo omistaa valmistajien konsortio, joka tunnetaan nimellä Wi-Fi Alliance. Insinöörit voivat olla täysin tyytyväisiä tunnistaessaan standardeja kirjaimilla ja numeroilla, mutta valmistajat ja heidän markkinointiosastonsa haluavat pitää asiat yksinkertaisina ja mieleenpainuvina. Siksi Wi-Fi Alliance on julkistanut uuden tuotemerkin, Nimeä langaton n uudelleen nimellä Wireless 4, ac nimellä Wireless 5 ja axe nimellä Wireless 6. Tällaista numerointijärjestelmää käytetään kaikessa matkapuhelimista elokuviin, joten kuluttajien pitäisi olla helpompi muistaa.

Kaikkia langattomia protokollia ei ole tarkoitettu kattamaan suuria alueita tai tarjoamaan laaja-alaisia ​​viestintäominaisuuksia. Jotkut hyödyllisimmistä ovat lyhyen kantaman standardeja tarkoituksena on auttaa vähän virtaa käyttäviä laitteita olemaan vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Nämä voivat vaikuttaa siihen, miten käytät tietokonetta, puhelinta tai muita laitteita tai miten laitteet puhuvat suoraan keskenään.

Jotkut langattoman tekniikan yksinkertaisimmista muodoista, kuten tavallinen langaton hiiri ja näppäimistö, eivät käytä muodollista langatonta protokollaa ollenkaan. Sen sijaan ne lähettävät suoraan esiasetetulla radiotaajuudella. Vanhemmat laitteet käyttävät 27 MHz: n taajuutta, jota käytetään myös radio-ohjatuissa leluissa. Sen kantama on heikko, mutta se sopii täydellisesti laitteille, jotka jakavat pöydän. Uudemmat versiot käyttävät 2,4 GHz: n taajuutta ja niitä voidaan käyttää kauempanakin, mikä on hienoa, jos istut kaukana jättiläisnäytöltä.

RF-laitteet tarvitsevat oman vastaanottimen toimiakseen, mutta Bluetooth ei, minkä vuoksi Bluetooth-tekniikka on monipuolisempi. Bluetooth perustuu toiseen langattomaan IEEE-spesifikaatioon, 802.15.1, jonka kuvataan olevan henkilökohtaiset alueverkot. Henkilökohtaiset alueverkot on tarkoitettu vaihda johdot ja kaapelit yhden henkilön tai työtilan ympäristössä. Bluetooth on tämäntyyppisissä verkoissa käytetty tekniikka, koska se muodostaa yhteyden luotettavasti, käyttää suhteellisen vähän virtaa ja tukee jopa kahdeksaa laitetta samanaikaisesti.

Bluetooth yhdistää laitteet 2,4 GHz: n kaistalla. Kun laitteet kytketään ensimmäistä kertaa tai pariksi Bluetoothin kautta he luovat ainutlaatuisen suojakoodin eräänlaisena salaisena kättelynä keskenään. Sen jälkeen kun he ovat muodostaneet parin, he muodostaa yhteyden automaattisesti uudelleen tulevaisuudessa eivätkä vaadi lisäasetuksia. Bluetoothin tiedonsiirtonopeus on suhteellisen alhainen, joten sitä käytetään enimmäkseen syöttö- ja tulostuslaitteissa, kuten hiirissä ja näppäimistöissä, kaiuttimissa sekä mikrofoneissa ja kuulokkeissa.

Alhainen virrankulutus oli aina osa Bluetooth-spesifikaatiota, koska langattomat laitteet ovat akkukäyttöinen, mutta jopa tavallinen Bluetooth kuluttaa joillekin liikaa akkuvirtaa sovellukset. tarkistettu versio, Bluetooth Low Energy tai BLE, palvelee tätä markkinasegmenttiä leikkaamalla kaistanleveyttä ja kantamaa vähentää energiankulutusta. Sitä käytetään usein esimerkiksi kuntonauhoissa ja älykelloissa, ja sitä voidaan käyttää myös IoT-laitteiden kanssa.

Lähikenttäviestintä, tai NFC, on lyhyin kantama kaikista langattomista protokollista. Se toimii etäisyyden päässä vain muutaman tuuman, käyttämällä erittäin pienitehoisia siruja. Tiedät sen teknologiana, jota käytetään puhelimesi napauttamalla maksavissa sovelluksissa, mukaan lukien Apple Pay, Google Pay ja Samsung Pay. Sitä käytetään myös laajasti suojausavainkorteissa ja vastaavissa sovelluksissa.

Muita langattomia protokollia on tulossa vastaamaan yksittäisten älylaitteiden ja esineiden internetin tarpeita yhdessä. Nämä eivät sinänsä ole kuluttajalähtöisiä, vaikka niiden mahdollistamat tuotteet varmasti ovat. Muutamia näkyvimpiä ovat:

• Lanka: Tästä langattomasta protokollasta tuli osa Googlen portfoliota, kun se osti kotiautomaatiojohtajan Nestin. Perustuu IEEE: n langattomaan 802.15.4-standardiin, ja sitä käytetään Nestin palovaroittimissa ja automaatiolaitteissa. Muut toimittajat voivat valita Threadin käytön, jos he haluavat olla yhteensopivia Nest-ekosysteemin tuotteiden kanssa.
  
• Zigbee ja Zigbee Pro: Zigbee ja Zigbee Pro toimivat 2,4 GHz: n ja 900 MHz: n taajuuksilla ja voivat mahdollisesti tukea tuhansia laitteita kerrallaan missä tahansa paikassa. Toisin kuin Thread, Zigbeeä tukee satojen valmistajien konsortio.
  
• ZWave ja ZWave Plus: Toinen tärkeä IoT-käytön protokolla on ZWave, joka on samanlainen kuin Zigbee, mutta suunniteltu yksinkertaisemmaksi ja halvemmaksi toteuttaa. Se toimii 800 ja 900 MHz taajuuksilla, jotka tarjoavat hyvän kantaman ja vähemmän häiriöitä kuin 2,4 GHz: n taajuus. Sen loi tanskalainen Zensys, mutta sillä on nyt laaja tuki valmistajilta.
• MQTT: Message Queue Telemetry Transport on suunniteltu pienitehoisille ja pienitehoisille laitteille, kuten suhteellisen "tyhmiä" antureita, jotka eivät tarvitse interaktiivisen "älykkään" IoT: n vaatimaa tiedonsiirtoa laitteet.