Typer trådløse protokoller

Trådløse signaler er et av de mest brukte kommunikasjonsalternativene, fra dine favoritt lokale TV- og radiostasjoner til mobiltelefonen din. Noen av de mest avgjørende trådløse teknologiene, de som driver hjemmenettverket ditt og økende antall smarte enheter på tingenes internett eller IoT er regulert av en rekke trådløse protokoller. Avhengig av bruken deres, kan rekkevidden være så mye som flere miles eller så lite som noen få inches.

Hvis du ikke bor i et område som betjenes av konvensjonelle internettleverandører, er alternativene dine tradisjonelt har vært begrenset til oppringt eller satellitt, og ingen av disse er spesielt gode på moderne, rikt internett innhold. Trådløs teknologi kan bygge bro over dette gapet på noen forskjellige måter, og tilby tjenester der den ellers ikke ville vært tilgjengelig.

I områder der kabel- og fiberinternett ikke er økonomisk, det samme

Linje-of-sight internettjenester bruk det som koker ned til en kraftig versjon av konvensjonell Wi-Fi, som overfører signalet fra punkt til punkt ved hjelp av svært retningsbestemte antenner. Fordi den sender signalene til et tett fokusert punkt, er det mindre sannsynlig at denne typen tjenester forstyrrer med andre enheter og kan bruke et signal med høyere effekt som ellers ville vært ulovlig under FCC forskrifter. Hastighetene er vanligvis opptil 25 Mbps, noe som er akseptabelt for de fleste bruksområder hvis ikke ideelt.

Med fremveksten av tingenes internett og dets horde av smarte og halvsmarte enheter, er det også behov for trådløs teknologi som kan fungere med et stort antall av disse lavstrømsenheter over store byer og forsteder områder. LTE-teknologi kan også fungere for dem, selv om strømforbruket er relativt høyt. En konkurransedyktig teknologi er Lang rekkevidde Wide Area Network-protokoll eller LoRaWAN med en rekkevidde på et par mil i urbane omgivelser og opptil tre ganger det i mindre tette forstadsområder.

Som mange andre ting som er elektriske, er den trådløse teknologien du bruker rundt huset ditt basert på designspesifikasjoner som er utarbeidet av Institute of Electrical and Electronic Engineers, eller IEEE. I dette tilfellet, den faktiske spesifikasjonen heter 802.11, og den har blitt oppgradert gjennom årene for å reflektere – og oppmuntre til – forbedringer i teknologien. Disse endringene beskrives ved å legge til bokstaver, for eksempel g, n eller ac etter nummeret. For enkelhets skyld blir disse variasjonene i spesifikasjonen referert til som trådløs g, trådløs n, trådløs ac og så videre.

Hjemmets Wi-Fi er kjent som en trådløst lokalnettverk eller WLAN, men de fleste kaller det bare Wi-Fi og lar det være. Et Wi-Fi-nettverk dreier seg om en sentral nettverksenhet, kalt et tilgangspunkt, som gir toveiskommunikasjon med hver enhet som er koblet til nettverket. Hver enhet må på sin side ha et trådløst nettverkskort, eller NIC, for å kommunisere med tilgangspunktet. De trådløse protokollene de bruker varierer mye i rekkevidde og ytelse og blir bedre for hver generasjon.

Det meste av Wi-Fi-kommunikasjon foregår i to forskjellige radiofrekvensbånd, 2,4 GHz-båndet og 5 GHz-båndet. Disse båndene er minimalt regulert, og de brukes til en rekke forbrukerenheter fra babymonitorer til trådløse telefoner. De er gode på forskjellige ting. Frekvenser i 5 GHz-båndet kan overføre mer data raskere, men de i 2,4 GHz-båndet har lengre rekkevidde, og de er flinkere til å gå gjennom vegger. Historisk har 2,4 GHz blitt brukt i flere enheter, men det betyr 2,4 GHz-frekvenser er mer overfylte og utsatt for forstyrrelser.

De tidligste versjonene av 802.11 Wi-Fi-spesifikasjonen som nådde markedet var trådløst a og b, som ble standardisert på slutten av 90-tallet og ble faktiske produkter tidlig på 2000-tallet. Hver brukte et annet band. Trådløs b brukte 2,4 GHz-båndet, og det var i stand til nettverk med hastigheter på opptil 11 megabit per sekund og rekkevidde på opptil 150 fot. Trådløsten brukte 5 GHz-båndet og hadde en gjennomstrømning på opptil 54 Mbps, men rekkevidden var bare 25 til 75 fot. Trådløse b-erbedre rekkevidde og relativt lave kostnader gjorde den til den mest populære av de to.

Den første Wi-Fi-protokollen som hadde stor suksess på forbrukermarkedet var 802,11 g eller trådløs g. Den brukte det samme 2,4 GHz-båndet som trådløs b, så den var kompatibel med eldre utstyr som brukte den standarden, men med 54 Mbps ga den nå ytelse som kan sammenlignes med trådløse nettverk. Det var godt nok for de fleste hjemmebrukere, og trådløs g var enormt populær i løpet av det første tiåret av 2000-tallet.

Etter hvert som Wi-Fi ble mer nyttig og populært, trengte brukerne bedre ytelse for å håndtere videostrømming og andre krevende applikasjoner. De 802.11n spesifikasjonen, som kom i 2009, adresserte dette med noen viktige tekniske justeringer, hovedsakelig rundt Antenner med flere innganger med flere utganger eller MIMO, som tillot hastigheter på opptil 300 Mbps. Den tilbød også kanalbinding, muligheten til å bruke separate kanaler for oppstrøms og nedstrøms trafikk, som økt potensiell gjennomstrømning – i hvert fall i teorien – til 600 Mbps. Den brukte både 2,4 og 5 GHz frekvenser, så den var bakoverkompatibel med enheter som bruker trådløst a, b, og g.

De trådløs ac spesifikasjonen, datert fra 2014, foredlet teknologien ytterligere gjennom bruk av flerbruker MIMO-teknologi eller MU-MIMO. Dette gir basishastigheter på opptil 433 Mbps per kanal, og med kanalbinding er det teoretisk mulig å ha trådløst nettverk går langt opp i gigabitene, eller tusenvis av Mbps. Trådløs ac selv opererer utelukkende i 5 GHz-båndet, men mange produsenter inkluderer trådløs n kretser også for å holde ruterne kompatible med trådløs b, g og n.

Det er et par 802.11-protokoller som ikke brukes for generelle Wi-Fi-nettverk, men for spesifikk enhet-til-enhet-kommunikasjon. Trådløs annonse, bruker for eksempel 60 GHz-båndet og er veldig rask – potensielt opp til 6,7 GHz – men innenfor en rekkevidde på bare 10 eller 11 fot. Den brukes best i situasjoner som krever høy gjennomstrømming mellom enheter i nærheten av hverandre. Trådløs ah, også kjent som Wi-Fi HaLow, bruker det nedre 900 MHz-båndet for å gi utvidet rekkevidde med gjennomstrømning begrenset til maksimalt 347 Mbps. Den er ment å gi signaler med lengre rekkevidde for enheter med lav effekt som smarte apparater og andre IoT-applikasjoner.

Kravet om forbedret Wi-Fi-nettverksytelse vil ikke forsvinne med det første – snarere tvert imot – så det er en nyere IEEE-spesifikasjon som kommer på markedet. Det heter trådløs øks, og den bruker noe digitalt grep for å øke gjennomstrømningen. Den dobler bredden på hver tilgjengelige trådløse kanal og lar signaler bruke akkurat de delene av hver kanal den trenger, noe som gjør hele systemet mer effektivt. Det tilbyr opptil fire ganger rekkevidden og seks ganger ytelsen til trådløs AC, i det minste i teorien, og – viktig for IoT – støtter mange flere enheter samtidig.

Selv om spesifikasjonene som brukes for Wi-Fi er definert av ingeniørene i IEEE, eies selve begrepet "Wi-Fi" og Wi-Fi-logoen av et konsortium av produsenter kjent som Wi-Fi Alliance. Ingeniører kan være helt fornøyde med å identifisere standarder med bokstaver og tall, men produsenter og deres markedsavdelinger liker å holde ting enkelt og minneverdig. Det er derfor Wi-Fi Alliance har annonsert ny merkevarebygging, gi nytt navn til trådløs n som Wireless 4, ac som Wireless 5 og ax som Wireless 6. Den typen nummereringssystem brukes for alt fra mobiltelefoner til filmfranchising, så det burde være lettere for forbrukerne å huske.

Ikke alle trådløse protokoller er ment å dekke store områder eller gi bred kommunikasjonsevne. Noen av de mest nyttige er standarder med kort rekkevidde ment å hjelpe lavstrømsenheter til å samhandle med hverandre. Disse kan påvirke hvordan du samhandler med en datamaskin, telefon eller andre enheter, eller hvordan enheter snakker med hverandre direkte.

Noen av de enkleste formene for trådløs teknologi, inkludert en standard trådløs mus og tastatur, bruker ikke en formell trådløs protokoll i det hele tatt. De sender i stedet direkte over en forhåndsinnstilt radiofrekvens. Eldre enheter bruker 27 MHz-frekvensen, også brukt til radiostyrte leker. Den har dårlig rekkevidde, men er helt grei for enheter som deler skrivebord. Nyere versjoner bruker 2,4 GHz-båndet og kan brukes lengre unna, noe som er flott hvis du sitter godt tilbake fra en gigantisk skjerm.

RF-enheter trenger sin egen mottaker for å fungere, men Bluetooth gjør det ikke, og det er derfor Bluetooth-teknologi er mer allsidig. Bluetooth er basert på en annen trådløs IEEE-spesifikasjon, 802.15.1, som beskrives som for personlige områdenettverk. Personlige områdenettverk er ment å erstatte ledninger og kabler i og rundt en enkelt person eller arbeidsplass. Bluetooth er en teknologi som brukes i denne typen nettverk fordi den kobles til pålitelig, bruker relativt lite strøm og kan støtte opptil åtte enheter samtidig.

Bluetooth kobler sammen enheter på en del av 2,4 GHz-båndet. Når enheter først kobles til eller paret gjennom Bluetooth lager de en unik sikkerhetskode som et slags hemmelig håndtrykk mellom dem. Etter at de er sammenkoblet, de koble til automatisk i fremtiden og krever ikke noe ekstra oppsett. Bluetooth-datagjennomstrømning er relativt lav, så den brukes mest for inngangs- og utdataenheter som mus og tastaturer, høyttalere og mikrofoner og hodesett.

Lavt strømforbruk var alltid en del av Bluetooth-spesifikasjonen fordi trådløse enheter er det batteridrevet av nødvendighet, men selv standard Bluetooth bruker for mye batteristrøm for noen applikasjoner. En revidert versjon, Bluetooth lavenergi eller BLE, henvender seg til det segmentet av markedet ved å kutte båndbredde og rekkevidde til redusere energiforbruket. Den brukes ofte i treningsbånd og smartklokker, for eksempel, og har potensiale for bruk med IoT-enheter også.

Nærfeltskommunikasjon, eller NFC, er den korteste rekkevidden av alle trådløse protokoller. Den opererer over en avstand på bare noen få inches, ved å bruke brikker med svært lav effekt. Du kjenner det som teknologien som brukes i tap-for-betal-apper for telefonen din, inkludert Apple Pay, Google Pay og Samsung Pay. Det er også mye brukt i sikkerhetsnøkkelkort og lignende applikasjoner.

Andre trådløse protokoller dukker opp for å møte behovene til individuelle smartenheter, og tingenes internett samlet. Disse er ikke forbrukerorienterte som sådan, selv om produktene de muliggjør absolutt er det. Noen av de mer fremtredende inkluderer:

• Tråd: Denne trådløse protokollen ble en del av Googles portefølje da den kjøpte hjemmeautomatiseringslederen Nest. Basert på IEEEs 802.15.4 trådløse standard, brukes den i Nests røykdetektorer og automatiseringsenheter. Andre leverandører kan velge å bruke Thread hvis de ønsker å være kompatible med produkter i Nest-økosystemet.
  
• Zigbee og Zigbee Pro: Zigbee og Zigbee Pro opererer på 2,4 GHz- og 900 MHz-båndene og kan potensielt støtte tusenvis av enheter om gangen på et gitt nettsted. I motsetning til Thread, er Zigbee støttet av et konsortium av hundrevis av produsenter.
  
• ZWave og ZWave Plus: En annen viktig protokoll for IoT-bruk er ZWave, som ligner på Zigbee, men designet for å være enklere og rimeligere å implementere. Den opererer på 800 og 900 MHz-båndene, som tilbyr god rekkevidde og mindre interferens enn 2,4 GHz-båndet. Den ble laget av det danske selskapet Zensys, men har nå bred støtte fra produsenter.
• MQTT: Message Queue Telemetry Transport er designet for enheter med lav effekt og lav gjennomstrømning som f.eks "dumme" sensorer, som ikke trenger den typen datagjennomstrømning som kreves for interaktiv "smart" IoT enheter.