Bezvadu protokolu veidi

Bezvadu signāli ir viena no visplašāk izmantotajām saziņas iespējām, sākot no jūsu iecienītākajām vietējām TV un radio stacijām līdz mobilajam tālrunim. Dažas no vissvarīgākajām bezvadu tehnoloģijām, tās, kas nodrošina jūsu mājas internetu un arvien pieaug viedierīču skaitu lietiskajā internetā vai IoT regulē virkne bezvadu protokolu. Atkarībā no to lietojuma to diapazons var būt tik daudz kā vairākas jūdzes vai tikai dažas collas.

Ja nedzīvojat apgabalā, ko apkalpo tradicionālie interneta pakalpojumu sniedzēji, jūsu iespējas ir tradicionāli ir aprobežoti ar iezvanpieeju vai satelītu, un neviens no tiem nav īpaši labs mūsdienu, bagātīgā interneta jomā saturu. Bezvadu tehnoloģija var pārvarēt šo plaisu dažos dažādos veidos, nodrošinot pakalpojumus tur, kur citādi tie nebūtu pieejami.

Vietās, kur kabeļu un šķiedru internets nav ekonomisks, tas pats

Redzamības interneta pakalpojumi izmantojiet parastā Wi-Fi lieljaudas versiju, kas pārraida signālu no punkta uz punktu, izmantojot ļoti virziena antenas. Tā kā tas raida savus signālus uz cieši fokusētu punktu, šāda veida pakalpojumam ir mazāka iespēja traucēt ar citām ierīcēm un var izmantot lielākas jaudas signālu, kas citādi saskaņā ar FCC būtu nelikumīgs noteikumi. Ātrums parasti ir līdz 25 Mb/s, kas ir pieņemams vairumam lietojumu, ja ne ideāls.

Līdz ar lietiskā interneta un tā viedo un daļēji viedo ierīču bara pieaugumu, ir arī vajadzība pēc bezvadu tehnoloģija, kas var darboties ar lielu skaitu mazjaudas ierīču lielās pilsētās un piepilsētās apgabali. LTE tehnoloģija var darboties arī tiem, lai gan tās enerģijas patēriņš ir salīdzinoši augsts. Konkurētspējīga tehnoloģija ir Liela diapazona plašā tīkla protokols vai LoRaWAN ar dažu jūdžu diapazonu pilsētas apstākļos un līdz pat trīs reizēm vairāk mazāk blīvās piepilsētas zonās.

Tāpat kā daudzas elektriskas lietas, arī bezvadu tehnoloģija, ko izmantojat savā mājā, ir balstīta uz elektriskās un elektroniskās inženieru institūta jeb IEEE dizaina specifikācijām. Šajā gadījumā, faktiskā specifikācija tiek saukta 802.11, un gadu gaitā tas ir modernizēts, lai atspoguļotu un veicinātu tehnoloģiju uzlabojumus. Šīs izmaiņas ir aprakstītas, pievienojot burtus, piemēram, g, n vai ac pēc numura. Ērtības labad šīs specifikācijas variācijas tiek sauktas par bezvadu g, bezvadu n, bezvadu maiņstrāva un tā tālāk.

Jūsu mājas Wi-Fi ir pareizi pazīstams kā a bezvadu lokālais tīkls vai WLAN, taču lielākā daļa cilvēku to vienkārši sauc par Wi-Fi un atstāj to pie tā. Wi-Fi tīkls griežas ap centrālo tīkla ierīci, ko sauc par piekļuves punktu, kas nodrošina divvirzienu saziņu ar katru ierīci, kas ir pievienota tīklam. Katrai ierīcei, savukārt, ir jābūt bezvadu tīkla interfeisa kartei jeb NIC, lai sazinātos ar piekļuves punktu. To izmantoto bezvadu protokolu diapazons un veiktspēja ir ļoti atšķirīgi, un ar katru paaudzi tie kļūst labāki.

Lielākā daļa Wi-Fi sakaru notiek divās atšķirīgās radiofrekvenču joslās — 2,4 GHz joslā un 5 GHz joslā. Šīs joslas ir minimāli regulētas, un tās tiek izmantotas dažādām patēriņa ierīcēm, sākot no bērnu monitoriem līdz bezvadu tālruņiem. Viņiem padodas dažādas lietas. Frekvences 5 GHz joslā var pārsūtīt vairāk datu ātrāk, bet frekvences 2,4 GHz joslā ir garāks, un tās labāk iziet cauri sienām. Vēsturiski 2,4 GHz ir izmantoti vairākās ierīcēs, taču tas nozīmē 2,4 GHz frekvences ir vairāk pārpildītas un pakļautas traucējumiem.

Agrākās 802.11 Wi-Fi specifikācijas versijas, kas sasniedza tirgu, bija bezvadu a un b, kas tika standartizēti 90. gadu beigās un kļuva par faktiskiem produktiem 2000. gadu sākumā. Katrs izmantoja citu joslu. Bezvadu b izmantoja 2,4 GHz joslu, un tas varēja izveidot tīklu ar ātrumu līdz 11 megabitiem sekundē un diapazonu līdz 150 pēdām. Bezvadua izmantoja 5 GHz joslu, un tā caurlaidspēja bija līdz 54 Mb/s, taču tā diapazons bija tikai 25 līdz 75 pēdas. Bezvadu Blabāks diapazons un salīdzinoši zemas izmaksas padarīja to par populārāku no abiem.

Pirmais Wi-Fi protokols, kam bija plaši panākumi patērētāju tirgū, bija 802,11g vai bezvadu g. Tas izmantoja to pašu 2,4 GHz joslu kā bezvadu b, tāpēc tas bija saderīgs ar vecāku aprīkojumu, izmantojot šo standartu, taču ar ātrumu 54 Mbps tagad piedāvāja veiktspēju, kas ir salīdzināma ar bezvadu tīkliem. Tas bija pietiekami labs lielākajai daļai mājas lietotāju, un bezvadu g bija ļoti populārs 2000. gadu pirmajā desmitgadē.

Tā kā Wi-Fi kļuva noderīgāks un populārāks, lietotājiem bija nepieciešama labāka veiktspēja, lai apstrādātu video straumēšanu un citas prasīgas lietojumprogrammas. The 802.11n specifikācijā, kas tika izstrādāta 2009. gadā, tika risināti daži svarīgi tehniski uzlabojumi, galvenokārt Vairāku ieeju vairāku izeju antenas vai MIMO, kas ļāva sasniegt ātrumu līdz 300 Mbps. Tā piedāvāja arī kanālu savienošanu, iespēju izmantot atsevišķus kanālus augšup un lejup pa straumi, kas palielināja potenciālo caurlaidspēju - vismaz teorētiski - līdz 600 Mbps. Tas izmantoja gan 2,4, gan 5 GHz frekvences, tāpēc tas bija atpakaļ saderīgs ar ierīcēm, kas izmanto bezvadu a, b, un g.

The bezvadu maiņstrāva specifikācija, kas datēta ar 2014. gadu, pilnveidoja šo tehnoloģiju, izmantojot daudzlietotāju MIMO tehnoloģija vai MU-MIMO. Tas nodrošina bāzes ātrumu līdz 433 Mbps vienam kanālam, un ar kanālu savienošanu teorētiski ir iespējams bezvadu tīkla ātrums sasniedz pat gigabitus, vai tūkstošiem Mb/s. Bezvadu maiņstrāva pati darbojas tikai 5 GHz joslā, taču daudzi ražotāji to arī iekļauj bezvadu n shēmas, kā arī, lai to maršrutētāji būtu saderīgi ar bezvadu b, g un n.

Ir daži 802.11 protokoli, kas netiek izmantoti vispārējas nozīmes Wi-Fi tīkliem, bet gan konkrētu ierīču savstarpējai komunikācijai. Bezvadu reklāma, piemēram, izmanto 60 GHz joslu un patiešām ir ļoti ātrs – potenciāli līdz 6,7 GHz –, bet tikai 10 vai 11 pēdu diapazonā. To vislabāk izmantot situācijās, kad nepieciešama liela caurlaidspēja starp ierīcēm, kas atrodas tuvu viena otrai. Bezvadu ah, zināms arī kā Wi-Fi HaLow, izmanto zemāko 900 MHz joslu, lai nodrošinātu paplašinātu diapazonu ar caurlaidspēju, kas ierobežota līdz 347 Mbps. Tas ir paredzēts, lai nodrošinātu lielāka diapazona signālus mazjaudas ierīcēm, piemēram, viedajām ierīcēm un citām IoT lietojumprogrammām.

Pieprasījums pēc uzlabotas Wi-Fi tīkla veiktspējas tuvākajā laikā nepazudīs — tieši otrādi — tāpēc tirgū nonāks jaunākas IEEE specifikācijas. To sauc bezvadu cirvis, un tas izmanto dažas digitālas viltības, lai palielinātu caurlaidspēju. Tas dubulto katra pieejamā bezvadu kanāla platumu un ļauj signāliem izmantot tikai katra kanāla daļas, kas tam nepieciešamas, padarot visu sistēmu efektīvāku. Tā piedāvā līdz četras reizes lielāks diapazons un sešas reizes lielāka veiktspēja nekā bezvadu maiņstrāva, vismaz teorētiski, un, kas ir svarīgi IoT, vienlaikus atbalsta daudzas citas ierīces.

Lai gan Wi-Fi izmantotās specifikācijas ir definējuši IEEE inženieri, pats termins "Wi-Fi" un Wi-Fi logotips pieder ražotāju konsorcijam, kas pazīstams kā Wi-Fi alianse. Inženieri var būt ļoti apmierināti, identificējot standartus ar burtiem un cipariem, taču ražotājiem un viņu mārketinga departamentiem patīk lietas padarīt vienkāršas un neaizmirstamas. Tāpēc Wi-Fi alianse ir paziņojusi par jaunu zīmolu, bezvadu n pārdēvēšana par Wireless 4, ac par Wireless 5 un ax par Wireless 6. Šāda numerācijas sistēma tiek izmantota visam, sākot no mobilajiem tālruņiem un beidzot ar filmu franšīzēm, tāpēc patērētājiem vajadzētu to vieglāk atcerēties.

Ne visi bezvadu protokoli ir paredzēti, lai aptvertu lielas platības vai nodrošinātu plaša diapazona sakaru iespējas. Daži no visnoderīgākajiem ir maza darbības attāluma standarti paredzēts, lai palīdzētu mazjaudas ierīcēm savstarpēji mijiedarboties. Tie var ietekmēt to, kā jūs mijiedarbojaties ar datoru, tālruni vai citām ierīcēm vai kā ierīces tieši sarunājas viena ar otru.

Daži no vienkāršākajiem bezvadu tehnoloģiju veidiem, tostarp standarta bezvadu pele un tastatūra, vispār neizmanto formālu bezvadu protokolu. Tā vietā tie pārraida tieši pa iepriekš iestatītu radio frekvenci. Vecākās ierīcēs tiek izmantota 27 MHz frekvence, ko izmanto arī radiovadāmām rotaļlietām. Tam ir slikts diapazons, taču tas ir lieliski piemērots ierīcēm, kurām ir kopīgs galds. Jaunākajās versijās tiek izmantota 2,4 GHz josla, un tās var izmantot tālāk, kas ir lieliski, ja jūs sēžat tālu no milzīga monitora.

Lai RF ierīcēm darbotos, ir nepieciešams savs uztvērējs, bet Bluetooth nav, tāpēc Bluetooth tehnoloģija ir daudzpusīgāks. Bluetooth pamatā ir cita IEEE bezvadu specifikācija 802.15.1, kas aprakstīta kā paredzēta personālie tīkli. Personālie tīkli ir paredzēti nomainiet vadus un kabeļus vienā cilvēkā vai darba vietā un ap to. Bluetooth ir tehnoloģija, ko izmanto šāda veida tīklā, jo tā savienojas droši, patērē salīdzinoši maz enerģijas un vienlaikus var atbalstīt līdz astoņām ierīcēm.

Bluetooth savieno ierīces 2,4 GHz joslas daļā. Kad ierīces pirmo reizi tiek pievienotas vai pārī izmantojot Bluetooth, viņi izveido unikālu drošības kodu kā sava veida slepenu rokasspiedienu savā starpā. Kad tie ir savienoti pārī, viņi turpmāk automātiski izveidojiet savienojumu un nav nepieciešama papildu iestatīšana. Bluetooth datu caurlaidspēja ir salīdzinoši zema, tāpēc to galvenokārt izmanto ievades un izvades ierīcēm, piemēram, pelēm un tastatūrām, skaļruņiem un mikrofoniem un austiņām.

Zems enerģijas patēriņš vienmēr bija daļa no Bluetooth specifikācijas, jo bezvadu ierīces ir nepieciešamības gadījumā darbināms ar akumulatoru, taču pat standarta Bluetooth dažiem patērē pārāk daudz akumulatora enerģijas lietojumprogrammas. Pārskatīta versija, Bluetooth zems enerģijas patēriņš vai BLE, rūpējas par šo tirgus segmentu, samazinot joslas platumu un diapazonu līdz samazināt enerģijas patēriņu. To bieži izmanto, piemēram, fitnesa joslās un viedpulksteņos, un to var izmantot arī ar IoT ierīcēm.

Tuva lauka sakari, vai NFC, ir īsākais diapazons no visiem bezvadu protokoliem. Tas darbojas no attāluma tikai dažas collas, izmantojot ļoti mazjaudas mikroshēmas. Jūs to pazīstat kā tehnoloģiju, kas tiek izmantota jūsu tālruņa lietotnēs ar pieskārienu maksāt, tostarp Apple Pay, Google Pay un Samsung Pay. To plaši izmanto arī drošības atslēgu kartēs un līdzīgās lietojumprogrammās.

Tiek izmantoti citi bezvadu protokoli, lai apmierinātu atsevišķu viedierīču un lietu interneta vajadzības kopumā. Tie nav orientēti uz patērētājiem, lai gan produkti, ko tie nodrošina, noteikti ir. Daži no ievērojamākajiem ir:

• Pavediens: Šis bezvadu protokols kļuva par daļu no Google portfeļa, kad tas iegādājās mājas automatizācijas līderi Nest. Pamatojoties uz IEEE 802.15.4 bezvadu standartu, to izmanto Nest dūmu detektoros un automatizācijas ierīcēs. Citi pakalpojumu sniedzēji var izvēlēties izmantot Thread, ja vēlas būt saderīgi ar produktiem Nest ekosistēmā.
  
• Zigbee un Zigbee Pro: Zigbee un Zigbee Pro darbojas 2,4 GHz un 900 MHz joslās un potenciāli var atbalstīt tūkstošiem ierīču vienlaikus jebkurā vietā. Atšķirībā no Thread, Zigbee atbalsta simtiem ražotāju konsorcijs.
  
• ZWave un ZWave Plus: Vēl viens svarīgs IoT izmantošanas protokols ir ZWave, kas ir līdzīgs Zigbee, taču paredzēts vienkāršākai un lētākai ieviešanai. Tas darbojas 800 un 900 MHz joslās, kas piedāvā labu diapazonu un mazāku traucējumu nekā 2,4 GHz joslā. To izveidoja Dānijas uzņēmums Zensys, taču tagad tam ir plašs ražotāju atbalsts.
• MQTT: Ziņojumu rindas telemetrijas transports ir paredzēts mazjaudas un zemas caurlaidības ierīcēm, piemēram, relatīvi "mēmi" sensori, kuriem nav nepieciešama tāda veida datu caurlaidspēja, kāda nepieciešama interaktīvajam "viedajam" IoT ierīces.