סוגי פרוטוקולים אלחוטיים

אותות אלחוטיים הם אחת מאפשרויות התקשורת הנפוצות ביותר, החל מתחנות הטלוויזיה והרדיו המקומיות המועדפות עליך ועד לטלפון הסלולרי שלך. כמה מהטכנולוגיות האלחוטיות החשובות ביותר, אלו שמפעילות את האינטרנט הביתי שלך והולכת וגדלה מספר המכשירים החכמים באינטרנט של הדברים או IoT מוסדרים על ידי מגוון פרוטוקולים אלחוטיים. בהתאם לשימוש שלהם, הטווח שלהם עשוי להיות עד כמה קילומטרים או כמה אינצ'ים.

אם אינך גר באזור המוגש על ידי ספקי אינטרנט רגילים, האפשרויות שלך באופן מסורתי הוגבלו לחיוג או לוויין, אף אחד מהם לא טוב במיוחד באינטרנט מודרני ועשיר תוֹכֶן. טכנולוגיה אלחוטית יכולה לגשר על הפער הזה בכמה דרכים שונות, ולספק שירות במקום שבו לא היה זמין אחרת.

באזורים שבהם אינטרנט כבלים וסיבים אינם חסכוניים, אותו הדבר LTE ניתן לרתום טכנולוגיה המספקת כיסוי אינטרנט בטלפון הסלולרי שלך כדי לספק אינטרנט אלחוטי גם למשתמשים ביתיים. ניתן לספק אותו דרך הרשת הסלולרית הקיימת על ידי הספקים הגדולים או על ידי ספקי שירות עצמאיים הבוחרים להקים מגדלים משלהם. המהירויות משתנות בין הספקים, עם הטכנולוגיה הנוכחית של הדור הרביעי,

שירותי אינטרנט בקו ראייה השתמש במה שמסתכם בגרסה בעלת עוצמה גבוהה של Wi-Fi רגיל, המעבירה את האות שלו מנקודה לנקודה באמצעות אנטנות כיווניות מאוד. מכיוון שהוא מקרין את האותות שלו לנקודה ממוקדת היטב, יש סיכוי נמוך יותר ששירות זה יפריע עם מכשירים אחרים ויכולים להשתמש באות בעוצמה גבוהה יותר שאחרת יהיה בלתי חוקי במסגרת FCC תַקָנוֹן. המהירויות הן בדרך כלל עד 25 Mbps, וזה מקובל לרוב השימושים אם לא אידיאלי.

עם עליית האינטרנט של הדברים ושלל המכשירים החכמים והחצי חכמים שלו, יש גם צורך טכנולוגיה אלחוטית שיכולה לעבוד עם מספר עצום של אותם מכשירים בעלי הספק נמוך על פני עירוניים ופרבריים גדולים אזורים. טכנולוגיית LTE יכולה לעבוד גם עבור אלה, אם כי צריכת החשמל שלה גבוהה יחסית. טכנולוגיה תחרותית היא פרוטוקול רשת רחבה לטווח ארוך אוֹ LoRaWAN עם טווח של כמה קילומטרים בסביבה עירונית ועד פי שלושה מזה באזורים פרבריים פחות צפופים.

כמו הרבה דברים חשמליים, הטכנולוגיה האלחוטית שבה אתה משתמש בבית שלך מבוססת על מפרטי עיצוב שנקבעו על ידי המכון למהנדסי חשמל ואלקטרוניקה, או IEEE. במקרה הזה, המפרט האמיתי נקרא 802.11, והוא שודרג במהלך השנים כדי לשקף – ולעודד – שיפורים בטכנולוגיה. שינויים אלה מתוארים על ידי הוספת אותיות, כגון ז, נ אוֹ ac אחרי המספר. מטעמי נוחות, הווריאציות הללו במפרט נקראות אלחוטי g, אלחוטי n, AC אלחוטי וכן הלאה.

ה-Wi-Fi הביתי שלך ידוע ככזה רשת מקומית אלחוטית או WLAN, אבל רוב האנשים פשוט קוראים לזה Wi-Fi ומשאירים את זה כך. רשת Wi-Fi סובבת סביב התקן רשת מרכזי, הנקרא נקודת גישה, המספקת תקשורת דו-כיוונית עם כל מכשיר המחובר לרשת. כל מכשיר, בתורו, צריך להיות בעל כרטיס ממשק רשת אלחוטי, או NIC, כדי לתקשר עם נקודת הגישה. הפרוטוקולים האלחוטיים שבהם הם משתמשים משתנים מאוד בטווח ובביצועים ומשתפרים עם כל דור.

רוב תקשורת ה-Wi-Fi מתרחשת בשני פסים נפרדים של תדרי רדיו, פס ה-2.4 גיגה-הרץ ופס ה-5 גיגה-הרץ. הרצועות הללו מווסתות באופן מינימלי, והן משמשות למגוון מכשירים צרכניים, ממוניטורים לתינוקות ועד לטלפונים אלחוטיים. הם טובים בדברים שונים. תדרים בפס 5 GHz יכולים לשאת יותר נתונים במהירות רבה יותר, אבל לאלה בפס 2.4 GHz יש טווח ארוך יותר, והם טובים יותר במעבר בין קירות. מבחינה היסטורית נעשה שימוש ב-2.4 GHz במכשירים רבים יותר, אבל זה אומר תדרי 2.4 גיגה-הרץ צפופים יותר ונוטים להפרעות.

הגרסאות המוקדמות ביותר של מפרט ה-Wi-Fi 802.11 שהגיעו לשוק היו אלחוטי א ו ב, שהותקנו בסוף שנות ה-90 והפכו למוצרים בפועל בתחילת שנות ה-2000. כל אחד השתמש בלהקה אחרת. אלחוטי ב השתמש בפס 2.4 גיגה-הרץ, והוא היה מסוגל לעבוד ברשת במהירויות של עד 11 מגה-ביט לשנייה וטווח של עד 150 רגל. אַלחוּטא השתמש בפס 5 גיגה-הרץ והיה לו תפוקה של עד 54 מגה-ביט לשנייה, אבל הטווח שלו היה רק ​​25 עד 75 רגל. B's אלחוטייםטווח טוב יותר ועלות נמוכה יחסית הפך אותו לפופולרי יותר מבין השניים.

פרוטוקול ה-Wi-Fi הראשון שזכה להצלחה רחבה בשוק הצרכנים היה 802.11 גרם אוֹ אלחוטי g. הוא השתמש באותו פס 2.4 גיגה-הרץ כמו אלחוטי ב, אז זה היה תואם לציוד ישן יותר באמצעות התקן הזה, אבל ב-54 Mbps הוא הציע כעת ביצועים דומים לרשתות אלחוטיות. זה היה מספיק טוב עבור רוב המשתמשים הביתיים, ו wireless g היה פופולרי מאוד במהלך העשור הראשון של שנות ה-2000.

ככל שה-Wi-Fi נעשה שימושי ופופולרי יותר, המשתמשים היו זקוקים לביצועים טובים יותר כדי להתמודד עם הזרמת וידאו ויישומים תובעניים אחרים. ה 802.11n המפרט, שהגיע ב-2009, התייחס לכך עם כמה שינויים טכניים חשובים, בעיקר סביב אנטנות מרובות כניסות מרובות יציאות אוֹ MIMOs, שאיפשר מהירויות של עד 300 Mbps. הוא גם הציע חיבור ערוצים, אפשרות להשתמש בערוצים נפרדים לתעבורה במעלה הזרם ומורד הזרם, אשר הגדיל את התפוקה הפוטנציאלית - לפחות בתיאוריה - ל-600 Mbps. הוא השתמש גם בתדרים של 2.4 וגם 5 גיגה-הרץ, כך שהוא היה תואם לאחור למכשירים המשתמשים אלחוטי א, ב, ו ז.

ה AC אלחוטי המפרט, החל משנת 2014, חידד את הטכנולוגיה הזו עוד יותר באמצעות השימוש ב טכנולוגיית MIMO מרובת משתמשים אוֹ MU-MIMO. זה מספק מהירויות בסיס של עד 433 מגהביט לשנייה לערוץ, ועם חיבור ערוצים, תיאורטית אפשר לקבל מהירויות רשת אלחוטיות גם לתוך הג'יגה-ביט, או אלפי Mbps. AC אלחוטי עצמה פועלת אך ורק בפס 5 GHz, אך יצרנים רבים כוללים אלחוטי n מעגלים גם כדי לשמור על הנתבים שלהם תואמים אלחוטי ב, ז ו נ.

ישנם כמה פרוטוקולי 802.11 שאינם משמשים עבור רשתות Wi-Fi למטרות כלליות, אלא עבור תקשורת ספציפית בין מכשיר למכשיר. מודעה אלחוטית, לדוגמה, משתמש בפס 60 גיגה-הרץ והוא אכן מהיר מאוד - פוטנציאלי עד 6.7 גיגה-הרץ - אך בטווח של 10 או 11 רגל בלבד. עדיף להשתמש בו במצבים הדורשים תפוקה גבוהה בין מכשירים קרובים זה לזה. אלחוטי אה, ידוע גם כ Wi-Fi HaLow, משתמש בפס התחתון של 900 מגה-הרץ כדי לספק טווח מורחב עם תפוקה מוגבלת למקסימום של 347 מגה-ביט לשנייה. הוא נועד לספק אותות לטווח ארוך יותר עבור מכשירים בעלי הספק נמוך כגון מכשירים חכמים ויישומי IoT אחרים.

הדרישה לשיפור ביצועי רשת ה-Wi-Fi לא תיעלם בקרוב - להיפך - כך שמפרט IEEE חדש יותר מגיע לשוק. זה נקרא גרזן אלחוטי, והוא משתמש בקצת יד דיגיטלית כדי להגדיל את התפוקה. זה מכפיל את הרוחב של כל ערוץ אלחוטי זמין ומאפשר לאותות להשתמש רק בחלקים של כל ערוץ שהוא צריך, מה שהופך את המערכת כולה ליעילה יותר. הוא מציע עד פי ארבעה מהטווח ופי שישה מהביצועים של AC אלחוטי, לפחות בתיאוריה, ו-חשוב עבור ה-IoT - תומך בהרבה יותר מכשירים בו-זמנית.

למרות שהמפרט המשמש ל-Wi-Fi מוגדר על ידי המהנדסים של ה-IEEE, המונח "Wi-Fi" עצמו והלוגו של ה-Wi-Fi הם בבעלות קונסורציום של יצרנים הידועים בשם ברית Wi-Fi. מהנדסים עשויים להיות מרוצים לחלוטין מזהים תקנים עם אותיות ומספרים, אבל היצרנים ומחלקות השיווק שלהם אוהבים לשמור על דברים פשוטים ובלתי נשכחים. זו הסיבה ש-Wi-Fi Alliance הכריזה על מיתוג חדש, שינוי השם של wireless n כ-Wireless 4, AC כ-Wireless 5, ו-Axe כ-Wireless 6. מערכת מספור מסוג זה משמשת עבור כל דבר, החל מטלפונים סלולריים ועד לזכיונות סרטים, כך שיהיה קל יותר לצרכנים לזכור.

לא כל הפרוטוקולים האלחוטיים נועדו לכסות שטחים גדולים או לספק יכולת תקשורת רחבה. כמה מהשימושיים ביותר הם תקנים לטווח קצר נועד לעזור למכשירים בעלי הספק נמוך ליצור אינטראקציה זה עם זה. אלה עשויים להשפיע על האופן שבו אתה מתקשר עם מחשב, טלפון או מכשירים אחרים, או על האופן שבו מכשירים מדברים זה עם זה ישירות.

כמה מהצורות הפשוטות ביותר של טכנולוגיה אלחוטית, כולל עכבר ומקלדת אלחוטיים סטנדרטיים, אינן משתמשות כלל בפרוטוקול אלחוטי רשמי. במקום זאת, הם משדרים ישירות על גבי תדר רדיו מוגדר מראש. מכשירים ישנים יותר משתמשים בתדר 27 מגה-הרץ, המשמש גם לצעצועים נשלטי רדיו. יש לו טווח דל אבל מתאים לחלוטין למכשירים שחולקים שולחן עבודה. גרסאות חדשות יותר משתמשות בפס 2.4 גיגה-הרץ וניתן להשתמש בהן רחוק יותר, וזה נהדר אם אתה יושב היטב מאחור מצג ענק.

התקני RF צריכים מקלט משלהם כדי לעבוד, אבל בלוטות' לא עושה זאת, וזו הסיבה טכנולוגיית בלוטות' הוא רב תכליתי יותר. Bluetooth מבוסס על מפרט אלחוטי אחר של IEEE, 802.15.1, שמתואר כעבור רשתות שטח אישיות. רשתות שטח אישיות מיועדות החלף חוטים וכבלים בתוך וסביב אדם בודד או סביבת עבודה. Bluetooth היא טכנולוגיה המשמשת בסוג זה של רשת מכיוון שהיא מתחברת בצורה מהימנה, משתמשת מעט יחסית בכוח ויכולה לתמוך בעד שמונה מכשירים בו זמנית.

בלוטות' מחבר התקנים ברצועת 2.4 GHz. כאשר התקנים מחוברים לראשונה או מְזוּוָג באמצעות Bluetooth, הם יוצרים קוד אבטחה ייחודי כמעין לחיצת יד סודית ביניהם. לאחר שילובם, הם התחבר מחדש אוטומטית בעתיד ואינם דורשים הגדרה נוספת. תפוקת נתוני Bluetooth נמוכה יחסית, ולכן היא משמשת בעיקר להתקני קלט ופלט כגון עכברים ומקלדות, רמקולים ומיקרופונים ואוזניות.

צריכת חשמל נמוכה תמיד הייתה חלק ממפרט ה-Bluetooth מכיוון שמכשירים אלחוטיים כן מופעל על ידי סוללה על בסיס הכרח, אבל אפילו בלוטות' רגיל משתמש יותר מדי בסוללה עבור חלקם יישומים. גרסה מתוקנת, בלוטות' אנרגיה נמוכה אוֹ BLE, פונה לפלח זה של השוק על ידי קיצוץ רוחב פס וטווח עד להפחית את צריכת האנרגיה. הוא משמש לעתים קרובות בלהקות כושר ושעונים חכמים, למשל, ויש לו פוטנציאל לשימוש גם עם מכשירי IoT.

תקשורת קרובה לשדה, או NFC, הוא הטווח הקצר ביותר מבין כל הפרוטוקולים האלחוטיים. הוא פועל על מרחק של רק כמה סנטימטרים, באמצעות שבבים בעלי הספק נמוך מאוד. אתה מכיר את זה בתור הטכנולוגיה המשמשת ביישומי הקשה לתשלום עבור הטלפון שלך, כולל Apple Pay, Google Pay ו-Samsung Pay. זה גם בשימוש נרחב בכרטיסי מפתחות אבטחה ויישומים דומים.

פרוטוקולים אלחוטיים אחרים צצים כדי לענות על הצרכים של מכשירים חכמים בודדים, ושל האינטרנט של הדברים באופן קולקטיבי. אלה אינם מכוונים לצרכן ככאלה, אם כי המוצרים שהם מאפשרים בהחלט כן. כמה מהבולטים יותר כוללים:

• פְּתִיל: פרוטוקול אלחוטי זה הפך לחלק מתיק העבודות של גוגל כאשר רכשה את מובילת האוטומציה הביתית Nest. בהתבסס על תקן האלחוט 802.15.4 של IEEE, הוא משמש בגלאי העשן ובמכשירי האוטומציה של Nest. ספקים אחרים יכולים לבחור להשתמש ב-Thread אם הם רוצים להיות תואמים למוצרים במערכת האקולוגית של Nest.
  
• Zigbee ו-Zigbee Pro: Zigbee ו-Zigbee Pro פועלות ברצועות 2.4 גיגה-הרץ ו-900 מגה-הרץ ויכולות לתמוך באלפי מכשירים בו-זמנית בכל אתר נתון. בניגוד ל-Thread, Zigbee נתמך על ידי קונסורציום של מאות יצרנים.
  
• ZWave ו-ZWave Plus: פרוטוקול חשוב נוסף לשימוש ב-IoT הוא ZWave, שדומה ל-Zigbee אך נועד להיות פשוט יותר ופחות יקר ליישום. הוא פועל על רצועות 800 ו-900 מגה-הרץ, המציעות טווח טוב ופחות הפרעות מפס ה-2.4 ג'יגה-הרץ. הוא נוצר על ידי חברת Zensys הדנית אך כעת יש לו תמיכה רחבה מיצרנים.
• MQTT: Message Queue Telemetry Transport מיועד להתקנים בעלי הספק נמוך ותפוקה נמוכה כגון יחסית חיישנים "טיפשים", שאינם זקוקים לסוג של תפוקת נתונים הנדרשת עבור IoT "חכם" אינטראקטיבי מכשירים.