A vezeték nélküli protokollok típusai

A vezeték nélküli jelek az egyik legszélesebb körben használt kommunikációs lehetőség, a kedvenc helyi TV- és rádióállomásoktól a mobiltelefonig. Néhány a legfontosabb vezeték nélküli technológiák közül, amelyek az otthoni internetet üzemeltetik, és a növekvő A dolgok internetén vagy az IoT-n található okoseszközök számát számos vezeték nélküli protokoll szabályozza. Használatuktól függően hatótávolságuk lehet akár több mérföld vagy akár néhány hüvelyk.

Ha nem olyan területen él, amelyet hagyományos internetszolgáltatók szolgálnak ki, lehetőségei hagyományosan betárcsázós vagy műholdas kapcsolatra korlátozódtak, amelyek egyike sem igazán jó a modern, gazdag internet terén tartalom. A vezeték nélküli technológia néhány különböző módon képes áthidalni ezt a szakadékot, és ott nyújt szolgáltatást, ahol egyébként nem lenne elérhető.

Azokon a területeken, ahol a kábeles és üvegszálas internet nem gazdaságos, ugyanez LTE A mobiltelefonon internetlefedettséget biztosító technológia felhasználható arra, hogy az otthoni felhasználók számára is biztosítson vezeték nélküli internetet. A meglévő mobilhálózaton keresztül szállíthatják a nagyobb szolgáltatók vagy független szolgáltatók, akik úgy döntenek, hogy saját tornyot építenek fel. A sebesség szolgáltatónként változó, a jelenlegi 4. generációs technológiával, 4G, adva akár tekintélyes 100 Mbps sebességet is elérhet, míg a soron következő 5G a technológia megtehetné elméletileg eléri a 10 Gbps-ot.

Rálátású internetes szolgáltatások használja a hagyományos Wi-Fi nagy teljesítményű verzióját, amely a jelét pontról pontra továbbítja erősen irányított antennák. Mivel a jeleit egy szorosan fókuszált pontra sugározza, ez a fajta szolgáltatás kevésbé valószínű, hogy zavarja más eszközökkel, és nagyobb teljesítményű jelet is használhat, amely egyébként az FCC szerint illegális lenne előírások. A sebesség általában legfeljebb 25 Mbps, ami a legtöbb felhasználásnál elfogadható, ha nem ideális.

A tárgyak internete térnyerésével, valamint az intelligens és félokos eszközök hordájával szükség van a vezeték nélküli technológia, amely nagyszámú kis fogyasztású eszközzel képes működni nagy városi és elővárosi környezetben területeken. Az LTE technológia ezeknél is működhet, bár az energiafogyasztása viszonylag magas. A versenyképes technológia a Nagy hatótávolságú széleskörű hálózati protokoll vagy LoRaWAN néhány mérföldes hatótávolsággal városi környezetben, és ennek akár háromszorosával kevésbé sűrű külvárosi területeken.

Mint sok elektromos dolog, az otthonában használt vezeték nélküli technológia is az Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) tervezési specifikációin alapul. Ebben az esetben, a tényleges specifikáció neve 802.11, és az évek során továbbfejlesztették, hogy tükrözze – és ösztönözze – a technológiai fejlesztéseket. Ezeket a változtatásokat betűk hozzáadásával írjuk le, mint pl g, n vagy ac a szám után. A kényelem kedvéért a specifikáció azon változataira hivatkozunk vezeték nélküli g, vezeték nélküli n, vezeték nélküli ac stb.

Otthoni Wi-Fi-jét helyesen a vezeték nélküli helyi hálózat vagy WLAN, de a legtöbben csak Wi-Fi-nek hívják, és hagyják. A Wi-Fi hálózat egy központi hálózati eszköz, az úgynevezett hozzáférési pont körül forog, amely kétirányú kommunikációt biztosít minden, a hálózathoz csatlakoztatott eszközzel. Minden eszköznek rendelkeznie kell egy vezeték nélküli hálózati interfész kártyával (NIC), hogy kommunikáljon a hozzáférési ponttal. Az általuk használt vezeték nélküli protokollok hatótávolsága és teljesítménye nagyon eltérő, és minden generációval egyre jobbak.

A legtöbb Wi-Fi-kommunikáció két különböző rádiófrekvencia-sávban, a 2,4 GHz-es és az 5 GHz-es sávban zajlik. Ezek a sávok minimálisan szabályozottak, és különféle fogyasztói eszközökhöz használják őket, a babafigyelőktől a vezeték nélküli telefonokig. Különböző dolgokban jók. Az 5 GHz-es sáv frekvenciái gyorsabban képesek több adatot szállítani, de a 2,4 GHz-es sávban lévők nagyobb hatótávolságúak, és jobban áthaladnak a falakon. Korábban a 2,4 GHz-et több eszközben használták, de ez azt jelenti A 2,4 GHz-es frekvenciák zsúfoltabbak és ki vannak téve az interferenciának.

A 802.11 Wi-Fi specifikáció legkorábbi verziói jelentek meg a piacon vezeték nélküli a és b, amelyeket a 90-es évek végén szabványosítottak, és a 2000-es évek elején váltak tényleges termékekké. Mindegyik más sávot használt. Vezeték nélküli b A 2,4 GHz-es sávot használta, és akár 11 megabit/másodperc sebességgel és 150 láb hatótávolságig volt képes hálózatba kötni. Vezeték nélkülia az 5 GHz-es sávot használta, és akár 54 Mb/s átviteli sebességgel rendelkezett, de hatótávolsága csak 25-75 láb volt. Vezeték nélküli bjobb hatótáv és viszonylag alacsony költség népszerűbbé tette a kettő közül.

Az első Wi-Fi protokoll, amely széles körű sikert aratott a fogyasztói piacon 802,11g vagy vezeték nélküli g. Ugyanazt a 2,4 GHz-es sávot használta, mint vezeték nélküli b, tehát kompatibilis volt az ezt a szabványt használó régebbi eszközökkel, de 54 Mb/s sebességgel immár a vezeték nélküli hálózatokhoz hasonló teljesítményt nyújtott. Ez elég volt a legtöbb otthoni felhasználónak, és A vezeték nélküli g rendkívül népszerű volt a 2000-es évek első évtizedében.

Ahogy a Wi-Fi egyre hasznosabbá és népszerűbbé vált, a felhasználóknak jobb teljesítményre volt szükségük a videostreaming és más igényes alkalmazások kezeléséhez. Az 802.11n A 2009-ben megjelent specifikáció néhány fontos technikai változtatással foglalkozott, amelyek többnyire a körül forognak. Több bemenetű, több kimenetű antenna vagy MIMO-k, amely akár 300 Mbps sebességet is lehetővé tett. Csatornakötést is kínált, külön csatornák használatának lehetőségét az upstream és a downstream forgalomhoz, ami a potenciális áteresztőképességet – legalábbis elméletben – 600 Mbps-ra növelte. 2,4 és 5 GHz-es frekvenciát is használt, így visszafelé kompatibilis volt a vezeték nélküli a, b, és g.

Az vezeték nélküli ac A 2014-ből származó specifikáció tovább finomította ezt a technológiát a használatával többfelhasználós MIMO technológia vagy MU-MIMO. Ez csatornánként akár 433 Mbps alapsebességet biztosít, és csatornakötéssel elméletileg lehetséges A vezeték nélküli hálózat sebessége jóval a gigabites, vagy több ezer Mbps. Vezeték nélküli ac maga kizárólag az 5 GHz-es sávban működik, de sok gyártó ezt is magában foglalja vezeték nélküli n áramköröket is, hogy az útválasztóik kompatibilisek legyenek vezeték nélküli b, g és n.

Van néhány 802.11-es protokoll, amelyet nem általános célú Wi-Fi-hálózatokhoz használnak, hanem konkrét eszközök közötti kommunikáció. Vezeték nélküli hirdetés, például a 60 GHz-es sávot használja, és valóban nagyon gyors – akár 6,7 GHz-ig –, de mindössze 10 vagy 11 láb hatótávolságon belül van. Legjobb olyan helyzetekben használni, ahol nagy átviteli sebességre van szükség az egymáshoz közeli eszközök között. Vezeték nélküli ah, más néven Wi-Fi HaLow, az alsó 900 MHz-es sávot használja, hogy kiterjesztett hatótávolságot biztosítson, legfeljebb 347 Mbps-ra korlátozva az átviteli sebességet. Célja, hogy hosszabb hatótávolságú jeleket biztosítson alacsony fogyasztású eszközökhöz, például intelligens készülékekhez és egyéb IoT-alkalmazásokhoz.

A jobb Wi-Fi hálózati teljesítmény iránti igény nem fog egyhamar megszűnni – éppen ellenkezőleg –, így egy újabb IEEE specifikáció érkezik a piacra. Ezt hívják vezeték nélküli fejsze, és némi digitális kézfogást alkalmaz az átviteli sebesség növelésére. Megduplázza az elérhető vezeték nélküli csatornák szélességét, és lehetővé teszi a jelek számára, hogy az egyes csatornáknak csak azokat a részeit használják, amelyekre szükségük van, így az egész rendszert hatékonyabbá teszi. Akár négyszer nagyobb hatótávolságot és hatszor nagyobb teljesítményt a vezeték nélküli váltóáramhoz képest, legalábbis elméletben, és – ami az IoT szempontjából fontos – több eszközt is támogat egyszerre.

Bár a Wi-Fi-hez használt specifikációkat az IEEE mérnökei határozták meg, maga a „Wi-Fi” kifejezés és a Wi-Fi logó a gyártók konzorciumának tulajdona Wi-Fi Alliance. A mérnökök boldogok lehetnek, ha betűkkel és számokkal azonosítják a szabványokat, de a gyártók és marketing osztályaik szeretik a dolgokat egyszerűvé és emlékezetessé tenni. Ezért a Wi-Fi Alliance új márkajelzést jelentett be, a wireless n átnevezése Wireless 4-re, az ac átnevezése Wireless 5-re és az ax átnevezése Wireless 6-ra. Ezt a fajta számozási rendszert a mobiltelefonoktól a filmes franchise-okig mindenre használják, így a fogyasztók könnyebben megjegyezhetik.

Nem minden vezeték nélküli protokollt arra terveztek, hogy nagy területeket fedjenek le, vagy hogy széles körű kommunikációs lehetőségeket biztosítsanak. A leghasznosabbak a rövid hatótávolságú szabványok célja, hogy segítse az alacsony fogyasztású eszközök egymás közötti interakcióját. Ezek befolyásolhatják a számítógéppel, telefonnal vagy más eszközökkel való interakciót, vagy azt, hogy az eszközök hogyan beszélnek közvetlenül egymással.

A vezeték nélküli technológia legegyszerűbb formái közül néhány, beleértve a szabványos vezeték nélküli egeret és billentyűzetet, egyáltalán nem használ formális vezeték nélküli protokollt. Ehelyett közvetlenül egy előre beállított rádiófrekvencián továbbítanak. A régebbi készülékek a 27 MHz-es frekvenciát használják, amelyet rádióvezérlésű játékokhoz is használnak. Gyenge a hatótávolsága, de tökéletesen megfelel az asztalon osztozó eszközökhöz. Az újabb verziók a 2,4 GHz-es sávot használják, és távolabb is használhatók, ami nagyszerű, ha jól hátradől egy óriási monitortól.

Az RF-eszközöknek saját vevőre van szükségük a működéshez, de a Bluetooth-nak nincs, ezért Bluetooth technológia sokoldalúbb. A Bluetooth egy másik IEEE vezeték nélküli specifikáción, a 802.15.1-en alapul, amely a leírás szerint személyes hálózatok. A személyes hálózatok célja cserélje ki a vezetékeket és kábeleket egyetlen személyben vagy munkaterületen és környékén. A Bluetooth egy olyan technológia, amelyet az ilyen típusú hálózatokban használnak, mert megbízhatóan csatlakozik, viszonylag kevés energiát fogyaszt, és egyidejűleg akár nyolc eszközt is támogat.

A Bluetooth a 2,4 GHz-es sáv egy szakaszán csatlakoztatja az eszközöket. Az eszközök első csatlakoztatásakor ill párosítva Bluetooth-on keresztül egyedi biztonsági kódot hoznak létre, mintegy titkos kézfogásként egymás között. Miután párosították őket, ők a jövőben automatikusan csatlakozzon újra és nincs szükség további beállításra. A Bluetooth adatátviteli sebessége viszonylag alacsony, ezért többnyire beviteli és kimeneti eszközökhöz, például egerekhez és billentyűzetekhez, hangszórókhoz, valamint mikrofonokhoz és fejhallgatókhoz használják.

Az alacsony energiafogyasztás mindig is része volt a Bluetooth specifikációnak, mivel a vezeték nélküli eszközök igen szükségszerűen akkumulátorról működik, de egyesek számára még a szabványos Bluetooth is túl sok akkumulátort használ alkalmazások. Átdolgozott változat, Bluetooth Low Energy vagy BLE, a sávszélesség és a hatótávolság csökkentésével a piac azon szegmensét szolgálja ki csökkenti az energiafogyasztást. Gyakran használják például fitneszszalagokban és okosórákban, és IoT-eszközökkel is használható.

Near-Field Communications, vagy NFC, a legrövidebb hatótávolságú vezeték nélküli protokoll. Távolról működik csak néhány hüvelyk, nagyon alacsony fogyasztású chipek használatával. Ismeri ezt a technológiát, amelyet a telefon érintéses fizetési alkalmazásaiban használnak, beleértve az Apple Pay-t, a Google Pay-t és a Samsung Pay-t. Széles körben használják biztonsági kulcskártyákban és hasonló alkalmazásokban is.

Más vezeték nélküli protokollok is megjelennek, hogy megfeleljenek az egyes intelligens eszközök és a tárgyak internete igényeinek. Ezek önmagukban nem fogyasztó-orientáltak, bár az általuk kínált termékek minden bizonnyal azok. Néhány a kiemelkedőbbek közül:

• Cérna: Ez a vezeték nélküli protokoll a Google portfóliójának részévé vált, amikor megvásárolta az otthoni automatizálás terén vezető Nest. Az IEEE 802.15.4 vezeték nélküli szabványa alapján a Nest füstérzékelőiben és automatizálási eszközeiben használják. Más szolgáltatók választhatják a Thread használatát, ha kompatibilisek szeretnének lenni a Nest-ökoszisztéma termékeivel.
  
• Zigbee és Zigbee Pro: A Zigbee és a Zigbee Pro a 2,4 GHz-es és a 900 MHz-es sávon működik, és potenciálisan több ezer eszközt támogathat egyszerre egy adott helyen. A Threaddel ellentétben a Zigbee mögött több száz gyártóból álló konzorcium áll.
  
• ZWave és ZWave Plus: Az IoT használatának másik fontos protokollja a ZWave, amely hasonló a Zigbee-hez, de egyszerűbb és kevésbé költséges megvalósításra tervezték. A 800 és 900 MHz-es sávokon működik, amelyek jó hatótávolságot és kisebb interferenciát kínálnak, mint a 2,4 GHz-es sáv. A dán Zensys cég hozta létre, de mára széles körű támogatást kapott a gyártók részéről.
• MQTT: A Message Queue Telemetry Transport alacsony fogyasztású, kis áteresztőképességű eszközökhöz készült, mint például a viszonylag „buta” érzékelők, amelyeknek nincs szükségük olyan adatátviteli sebességre, amely az interaktív „okos” IoT-hez szükséges eszközöket.