Tipi di protocolli wireless

I segnali wireless sono una delle opzioni di comunicazione più utilizzate, dalle stazioni TV e radio locali preferite al telefono cellulare. Alcune delle tecnologie wireless più cruciali, quelle che gestiscono Internet da casa e la crescente numero di dispositivi intelligenti su Internet of Things o IoT sono regolati da una serie di protocolli wireless. A seconda del loro utilizzo, la loro portata potrebbe essere fino a diverse miglia o pochi pollici.

Se non vivi in ​​un'area servita da provider Internet convenzionali, le tue opzioni tradizionalmente sono stati limitati a dial-up o satellite, nessuno dei quali è particolarmente adatto a Internet moderno e ricco contenuto. La tecnologia wireless può colmare questa lacuna in diversi modi, fornendo servizi dove altrimenti non sarebbe disponibile.

Nelle aree in cui Internet via cavo e fibra non è economico, lo stesso

Servizi Internet a vista utilizzare ciò che si riduce a una versione ad alta potenza del Wi-Fi convenzionale, che trasferisce il segnale da un punto all'altro utilizzando antenne altamente direzionali. Poiché trasmette i suoi segnali a un punto ben focalizzato, è meno probabile che questo tipo di servizio interferisca con altri dispositivi e può utilizzare un segnale di potenza superiore che altrimenti sarebbe illegale ai sensi della FCC regolamenti. Le velocità sono in genere fino a 25 Mbps, il che è accettabile per la maggior parte degli usi se non ideale.

Con l'avvento dell'Internet delle cose e della sua orda di dispositivi intelligenti e semi-intelligenti, c'è anche bisogno di tecnologia wireless in grado di funzionare con un numero enorme di questi dispositivi a bassa potenza su grandi aree urbane e suburbane le zone. La tecnologia LTE può funzionare anche per quelli, sebbene il suo consumo energetico sia relativamente elevato. Una tecnologia competitiva è il Protocollo Wide Area Network a lungo raggio o LoRaWAN con un'autonomia di un paio di miglia negli ambienti urbani e fino a tre volte quella nelle aree suburbane meno dense.

Come molte cose elettriche, la tecnologia wireless che usi in casa si basa sulle specifiche di progettazione stabilite dall'Institute of Electrical and Electronic Engineers, o IEEE. In questo caso, la specifica effettiva si chiama 802.11, ed è stato aggiornato nel corso degli anni per riflettere - e incoraggiare - miglioramenti nella tecnologia. Tali modifiche sono descritte aggiungendo lettere, come G, n o AC dopo il numero. Per comodità, quelle variazioni nelle specifiche sono indicate come senza fili, senza fili, ac. senza fili e così via.

Il tuo Wi-Fi di casa è conosciuto correttamente come a rete locale senza fili o WLAN, ma la maggior parte delle persone lo chiama semplicemente Wi-Fi e lo lascia così. Una rete Wi-Fi ruota attorno a un dispositivo di rete centrale, chiamato punto di accesso, che fornisce comunicazioni bidirezionali con ogni dispositivo collegato alla rete. Ciascun dispositivo, a sua volta, deve disporre di una scheda di interfaccia di rete wireless, o NIC, per comunicare con il punto di accesso. I protocolli wireless che utilizzano variano ampiamente in termini di portata e prestazioni e migliorano con ogni generazione.

La maggior parte delle comunicazioni Wi-Fi avviene in due bande distinte di frequenze radio, la banda a 2,4 GHz e la banda a 5 GHz. Queste bande sono minimamente regolamentate e vengono utilizzate per una varietà di dispositivi di consumo, dai baby monitor ai telefoni cordless. Sono bravi in ​​cose diverse. Le frequenze nella banda a 5 GHz possono trasportare più dati più rapidamente, ma quelle nella banda a 2,4 GHz hanno una portata più lunga e sono più brave a passare attraverso i muri. Storicamente 2,4 GHz è stato utilizzato in più dispositivi, ma ciò significa Le frequenze a 2,4 GHz sono più affollate e soggette a interferenze.

Le prime versioni della specifica Wi-Fi 802.11 a raggiungere il mercato sono state wireless a e B, che sono stati standardizzati alla fine degli anni '90 e sono diventati prodotti reali all'inizio degli anni 2000. Ognuno usava una banda diversa. Wireless b utilizzava la banda a 2,4 GHz ed era in grado di connettersi in rete a velocità fino a 11 megabit al secondo e una portata fino a 150 piedi. senza filiun utilizzava la banda a 5 GHz e aveva un throughput fino a 54 Mbps, ma la sua portata era solo da 25 a 75 piedi. Wireless b'sgamma migliore e costo relativamente basso lo ha reso il più popolare dei due.

Il primo protocollo Wi-Fi ad avere ampio successo nel mercato consumer è stato 802.11g o senza fili. Utilizzava la stessa banda a 2,4 GHz di senza fili, quindi era compatibile con i vecchi dispositivi che utilizzavano quello standard, ma a 54 Mbps ora offriva prestazioni paragonabili alle reti wireless. Era abbastanza buono per la maggior parte degli utenti domestici e il wireless g era molto popolare nel primo decennio degli anni 2000.

Man mano che il Wi-Fi diventava più utile e popolare, gli utenti avevano bisogno di prestazioni migliori per gestire lo streaming video e altre applicazioni impegnative. Il 802.11n specifica, che è arrivata nel 2009, ha affrontato questo con alcune importanti modifiche tecniche, per lo più ruotano intorno Antenne a più ingressi e più uscite o MIMO, che consentiva velocità fino a 300 Mbps. Inoltre offriva il channel bonding, la possibilità di utilizzare canali separati per il traffico upstream e downstream, che aumento del potenziale throughput – almeno in teoria – a 600 Mbps. Utilizzava entrambe le frequenze 2,4 e 5 GHz, quindi era retrocompatibile con i dispositivi che utilizzavano wireless a, B, e G.

Il ac. senza fili specifica, risalente al 2014, ha ulteriormente perfezionato tale tecnologia attraverso l'uso di tecnologia MIMO multiutente o MU-MIMO. Ciò fornisce velocità di base fino a 433 Mbps per canale e, con il channel bonding, è teoricamente possibile avere la rete wireless raggiunge i gigabit, o migliaia di Mbps. Wireless ac stesso opera esclusivamente nella banda a 5 GHz, ma molti produttori includono senza fili circuiti e per mantenere i loro router compatibili con senza fili, G e n.

Esistono un paio di protocolli 802.11 che non vengono utilizzati per reti Wi-Fi generiche, ma per comunicazioni specifiche da dispositivo a dispositivo. Annuncio senza fili, ad esempio, utilizza la banda a 60 GHz ed è davvero molto veloce, potenzialmente fino a 6,7 ​​GHz, ma entro un raggio di soli 10 o 11 piedi. È meglio utilizzato in situazioni che richiedono un elevato throughput tra dispositivi vicini l'uno all'altro. senza fili, conosciuto anche come Wi-Fi HaLow, utilizza la banda inferiore a 900 MHz per fornire una gamma estesa con un throughput limitato a un massimo di 347 Mbps. Ha lo scopo di fornire segnali a più lungo raggio per dispositivi a bassa potenza come elettrodomestici intelligenti e altre applicazioni IoT.

La richiesta di prestazioni della rete Wi-Fi migliorate non scomparirà presto, anzi, al contrario, sul mercato è in arrivo una nuova specifica IEEE. È chiamato ascia senza fili, e utilizza alcuni giochi di prestigio digitale per aumentare il throughput. Raddoppia la larghezza di ogni canale wireless disponibile e consente ai segnali di utilizzare solo le porzioni di ciascun canale di cui ha bisogno, rendendo l'intero sistema più efficiente. Offre fino a quattro volte la portata e sei volte le prestazioni dell'ac wireless, almeno in teoria, e – importante per l'IoT – supporta molti più dispositivi contemporaneamente.

Sebbene le specifiche utilizzate per il Wi-Fi siano definite dagli ingegneri dell'IEEE, il termine "Wi-Fi" stesso e il logo Wi-Fi sono di proprietà di un consorzio di produttori noto come Alleanza Wi-Fi. Gli ingegneri possono essere perfettamente felici di identificare gli standard con lettere e numeri, ma ai produttori e ai loro dipartimenti di marketing piace mantenere le cose semplici e memorabili. Ecco perché Wi-Fi Alliance ha annunciato un nuovo marchio, rinominare wireless n come Wireless 4, ac come Wireless 5 e ax come Wireless 6. Questo tipo di sistema di numerazione viene utilizzato per qualsiasi cosa, dai cellulari ai franchise di film, quindi dovrebbe essere più facile da ricordare per i consumatori.

Non tutti i protocolli wireless sono pensati per coprire vaste aree o per fornire capacità di comunicazione ad ampio raggio. Alcuni dei più utili sono gli standard a corto raggio pensato per aiutare i dispositivi a bassa potenza a interagire tra loro. Questi potrebbero influenzare il modo in cui interagisci con un computer, un telefono o altri dispositivi o come i dispositivi comunicano direttamente tra loro.

Alcune delle forme più semplici di tecnologia wireless, inclusi mouse e tastiera wireless standard, non utilizzano affatto un protocollo wireless formale. Trasmettono invece direttamente su una frequenza radio preimpostata. I dispositivi più vecchi utilizzano la frequenza 27 MHz, utilizzata anche per i giocattoli radiocomandati. Ha una portata ridotta ma va perfettamente bene per i dispositivi che condividono una scrivania. Le versioni più recenti utilizzano la banda a 2,4 GHz e possono essere utilizzate più lontano, il che è fantastico se sei seduto molto indietro rispetto a un monitor gigante.

I dispositivi RF hanno bisogno del proprio ricevitore per funzionare, ma il Bluetooth no, ecco perché Tecnologia Bluetooth è più versatile. Il Bluetooth si basa su un'altra specifica wireless IEEE, 802.15.1, descritta come per reti di aree personali. Le reti di area personale sono destinate a sostituire fili e cavi dentro e intorno a una singola persona o spazio di lavoro. Il Bluetooth è una tecnologia utilizzata in questo tipo di rete perché si connette in modo affidabile, consuma relativamente poca energia e può supportare fino a otto dispositivi contemporaneamente.

Il Bluetooth collega i dispositivi su una porzione della banda a 2,4 GHz. Quando i dispositivi vengono collegati per la prima volta o accoppiato tramite Bluetooth, creano un codice di sicurezza univoco come una sorta di stretta di mano segreta tra di loro. Dopo che sono stati accoppiati, loro riconnettersi automaticamente in futuro e non richiedono alcuna configurazione aggiuntiva. Il throughput dei dati Bluetooth è relativamente basso, quindi viene utilizzato principalmente per dispositivi di input e output come mouse e tastiere, altoparlanti, microfoni e cuffie.

Il basso consumo energetico ha sempre fatto parte delle specifiche Bluetooth perché i dispositivi cordless sono alimentato a batteria per necessità, ma anche il Bluetooth standard utilizza troppa carica della batteria per alcuni applicazioni. Una versione rivista, Bluetooth a bassa energia o BLE, si rivolge a quel segmento di mercato riducendo la larghezza di banda e la portata a ridurre il consumo di energia. È spesso utilizzato in fitness band e smartwatch, ad esempio, e ha il potenziale per l'uso anche con dispositivi IoT.

Comunicazioni Near-Field, o NFC, è il più corto raggio di tutti i protocolli wireless. Funziona su una distanza di solo pochi pollici, utilizzando chip a bassissima potenza. Lo conosci come la tecnologia utilizzata nelle app tap-to-pay per il tuo telefono, tra cui Apple Pay, Google Pay e Samsung Pay. È anche ampiamente utilizzato nelle tessere con chiave di sicurezza e in applicazioni simili.

Altri protocolli wireless stanno emergendo per soddisfare le esigenze dei singoli dispositivi intelligenti e dell'Internet of Things collettivamente. Questi non sono orientati al consumatore in quanto tali, sebbene i prodotti che abilitano lo siano certamente. Alcuni dei più importanti includono:

• Filo: Questo protocollo wireless è entrato a far parte del portafoglio di Google quando ha acquistato il leader della domotica Nest. Basato sullo standard wireless 802.15.4 di IEEE, è utilizzato nei rilevatori di fumo e nei dispositivi di automazione di Nest. Altri fornitori possono scegliere di utilizzare Thread se desiderano essere compatibili con i prodotti nell'ecosistema Nest.
  
• Zigbee e Zigbee Pro: Zigbee e Zigbee Pro operano sulle bande da 2,4 GHz e 900 MHz e possono potenzialmente supportare migliaia di dispositivi alla volta in un determinato sito. A differenza di Thread, Zigbee è supportato da un consorzio di centinaia di produttori.
  
• ZWave e ZWave Plus: Un altro protocollo importante per l'utilizzo dell'IoT è ZWave, che è simile a Zigbee ma progettato per essere più semplice e meno costoso da implementare. Funziona sulle bande 800 e 900 MHz, che offrono una buona portata e meno interferenze rispetto alla banda 2,4 GHz. È stato creato dalla società danese Zensys, ma ora ha un ampio supporto da parte dei produttori.
• MQTT: Message Queue Telemetry Transport è progettato per dispositivi a bassa potenza e bassa velocità di trasmissione come relativamente Sensori "stupidi", che non necessitano del tipo di throughput di dati richiesto per l'IoT interattivo "intelligente" dispositivi.