Rodzaje protokołów bezprzewodowych

Sygnały bezprzewodowe to jedna z najczęściej używanych opcji komunikacji, od ulubionych lokalnych stacji telewizyjnych i radiowych po telefon komórkowy. Niektóre z najważniejszych technologii bezprzewodowych, te, które obsługują Twój domowy internet i coraz częstsze Liczba inteligentnych urządzeń w Internecie rzeczy lub IoT jest regulowana przez szereg protokołów bezprzewodowych. W zależności od ich zastosowania, ich zasięg może być nawet kilka mil lub zaledwie kilka cali.

Jeśli nie mieszkasz w obszarze, który jest obsługiwany przez konwencjonalnych dostawców Internetu, Twoje opcje tradycyjnie były ograniczone do połączeń telefonicznych lub satelitarnych, z których żadna nie jest szczególnie dobra w nowoczesnym, bogatym internecie zadowolony. Technologia bezprzewodowa może wypełnić tę lukę na kilka różnych sposobów, zapewniając usługi tam, gdzie w innym przypadku nie byłyby dostępne.

W obszarach, w których internet kablowy i światłowodowy nie jest ekonomiczny, to samo LTE Technologia zapewniająca zasięg Internetu w telefonie komórkowym może być wykorzystana do zapewnienia bezprzewodowego Internetu również użytkownikom domowym. Może być dostarczany przez istniejącą sieć komórkową przez głównych operatorów lub przez niezależnych dostawców usług, którzy decydują się na budowę własnych wież. Prędkości różnią się w zależności od dostawców, przy obecnej technologii czwartej generacji, 4G, dawanie prędkość do przyzwoitych 100 Mb/s, natomiast nadchodzące 5G technologia może teoretycznie osiągnąć 10 Gb/s.

Usługi internetowe w zasięgu wzroku użyj tego, co sprowadza się do wydajnej wersji konwencjonalnego Wi-Fi, która przesyła sygnał z punktu do punktu za pomocą anteny wysokokierunkowe. Ponieważ przesyła swoje sygnały do ​​ściśle skupionego punktu, ten rodzaj usługi jest mniej podatny na zakłócenia z innymi urządzeniami i może używać sygnału o większej mocy, który w innym przypadku byłby nielegalny w ramach FCC przepisy prawne. Prędkości zazwyczaj wynoszą do 25 Mb/s, co jest dopuszczalne w przypadku większości zastosowań, jeśli nie jest idealne.

Wraz z rozwojem Internetu Rzeczy i jego hordy inteligentnych i półinteligentnych urządzeń, istnieje również potrzeba technologia bezprzewodowa, która może współpracować z ogromną liczbą tych urządzeń o niskim poborze mocy w dużych miastach i podmiejskich obszary. Technologia LTE też się z nimi sprawdza, choć jej pobór mocy jest stosunkowo wysoki. Konkurencyjna technologia to Protokół sieci rozległej dalekiego zasięgu lub LoRaWAN z zasięgiem kilku mil w środowisku miejskim i nawet trzykrotnie większym na mniej gęstych obszarach podmiejskich.

Podobnie jak wiele rzeczy elektrycznych, technologia bezprzewodowa używana w domu opiera się na specyfikacjach projektowych określonych przez Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników lub IEEE. W tym przypadku, rzeczywista specyfikacja nazywa się 802.11, i był unowocześniany na przestrzeni lat, aby odzwierciedlać i zachęcać do ulepszeń w technologii. Zmiany te są opisane poprzez dodanie liter, takich jak g, n lub AC po numerze. Dla wygody te zmiany w specyfikacji są określane jako bezprzewodowa, bezprzewodowy, bezprzewodowy i tak dalej.

Twoja domowa sieć Wi-Fi jest prawidłowo znana jako Bezprzewodowa Sieć Lokalna lub WLAN, ale większość ludzi nazywa to po prostu Wi-Fi i tak to zostawia. Sieć Wi-Fi obraca się wokół centralnego urządzenia sieciowego, zwanego punktem dostępowym, który zapewnia dwukierunkową komunikację z każdym urządzeniem podłączonym do sieci. Każde urządzenie z kolei musi mieć kartę interfejsu sieci bezprzewodowej lub kartę sieciową, aby komunikować się z punktem dostępowym. Protokoły bezprzewodowe, z których korzystają, różnią się znacznie pod względem zasięgu i wydajności, a z każdą generacją stają się coraz lepsze.

Większość komunikacji Wi-Fi odbywa się w dwóch odrębnych pasmach częstotliwości radiowych, paśmie 2,4 GHz i paśmie 5 GHz. Te opaski są minimalnie regulowane i są używane do różnych urządzeń konsumenckich, od elektronicznych niań po telefony bezprzewodowe. Są dobrzy w różnych rzeczach. Częstotliwości w paśmie 5 GHz mogą szybciej przenosić więcej danych, ale te w paśmie 2,4 GHz mają większy zasięg i lepiej przechodzą przez ściany. Historycznie 2,4 GHz było używane w większej liczbie urządzeń, ale to oznacza Częstotliwości 2,4 GHz są bardziej zatłoczone i podatne na zakłócenia.

Najwcześniejsze wersje specyfikacji Wi-Fi 802.11, które pojawiły się na rynku, były bezprzewodowy oraz b, które zostały ujednolicone pod koniec lat 90. i stały się rzeczywistymi produktami na początku 2000 roku. Każdy używał innego zespołu. Bezprzewodowy b używał pasma 2,4 GHz i był zdolny do pracy w sieci z prędkością do 11 megabitów na sekundę i zasięgiem do 150 stóp. Bezprzewodowya korzystał z pasma 5 GHz i miał przepustowość do 54 Mb/s, ale jego zasięg wynosił tylko od 25 do 75 stóp. Bezprzewodowe blepszy zasięg i stosunkowo niski koszt uczynił go bardziej popularnym z tych dwóch.

Pierwszym protokołem Wi-Fi, który odniósł duży sukces na rynku konsumenckim, był 802.11g lub bezprzewodowa. Używał tego samego pasma 2,4 GHz co bezprzewodowy b, więc był kompatybilny ze starszym sprzętem korzystającym z tego standardu, ale przy 54 Mb/s oferował teraz wydajność porównywalną z sieciami bezprzewodowymi. To było wystarczająco dobre dla większości użytkowników domowych i Bezprzewodowa g była bardzo popularna w pierwszej dekadzie 2000 roku.

W miarę jak Wi-Fi stawało się coraz bardziej użyteczne i popularne, użytkownicy potrzebowali lepszej wydajności do obsługi przesyłania strumieniowego wideo i innych wymagających aplikacji. ten 802.11n specyfikacja, która pojawiła się w 2009 roku, rozwiązała ten problem, wprowadzając kilka ważnych technicznych poprawek, głównie obracających się wokół Anteny z wieloma wejściami i wieloma wyjściami lub MIMO, co pozwoliło na prędkość do 300 Mb/s. Oferował również łączenie kanałów, możliwość korzystania z oddzielnych kanałów dla ruchu upstream i downstream, co zwiększona potencjalna przepustowość – przynajmniej w teorii – do 600 Mb/s. Używał częstotliwości 2,4 i 5 GHz, więc był wstecznie kompatybilny z urządzeniami używającymi bezprzewodowy, b, oraz g.

ten bezprzewodowy specyfikacja z 2014 roku udoskonaliła tę technologię poprzez zastosowanie technologia MIMO dla wielu użytkowników lub MU-MIMO. Zapewnia to prędkości bazowe do 433 Mb/s na kanał, a dzięki łączeniu kanałów teoretycznie możliwe jest posiadanie sieć bezprzewodowa przyspiesza do gigabitówlub tysiące Mb/s. Sieć bezprzewodowa sam działa wyłącznie w paśmie 5 GHz, ale wielu producentów to bezprzewodowy obwody, aby ich routery były kompatybilne z bezprzewodowy b, g oraz n.

Istnieje kilka protokołów 802.11, które nie są używane w sieciach Wi-Fi ogólnego przeznaczenia, ale w przypadku konkretna komunikacja między urządzeniami. Reklama bezprzewodowa, na przykład używa pasma 60 GHz i jest rzeczywiście bardzo szybki – potencjalnie do 6,7 GHz – ale w zasięgu zaledwie 10 lub 11 stóp. Najlepiej sprawdza się w sytuacjach wymagających dużej przepustowości między urządzeniami znajdującymi się blisko siebie. Bezprzewodowe, znany również jako Wi-Fi HaLow, wykorzystuje dolne pasmo 900 MHz, aby zapewnić rozszerzony zasięg z przepustowością ograniczoną do maksymalnie 347 Mb/s. Jest przeznaczony do dostarczania sygnałów o większym zasięgu dla urządzeń o niskim poborze mocy, takich jak urządzenia inteligentne i inne aplikacje IoT.

Zapotrzebowanie na lepszą wydajność sieci Wi-Fi nie zniknie w najbliższym czasie – wręcz przeciwnie – więc na rynku pojawia się nowsza specyfikacja IEEE. To jest nazwane topór bezprzewodowy, a także wykorzystuje sztuczkę cyfrową, aby zwiększyć przepustowość. Podwaja szerokość każdego dostępnego kanału bezprzewodowego i umożliwia sygnałom wykorzystanie tylko tych części każdego kanału, których potrzebuje, dzięki czemu cały system jest bardziej wydajny. Oferuje do czterokrotnie większy zasięg i sześciokrotnie większa wydajność bezprzewodowego ac, przynajmniej w teorii, i – co jest ważne dla IoT – obsługuje o wiele więcej urządzeń jednocześnie.

Chociaż specyfikacje używane dla Wi-Fi są zdefiniowane przez inżynierów IEEE, sam termin „Wi-Fi” i logo Wi-Fi są własnością konsorcjum producentów znanego jako Sojusz Wi-Fi. Inżynierowie mogą być całkowicie zadowoleni z identyfikowania standardów za pomocą liter i cyfr, ale producenci i ich działy marketingu lubią, aby rzeczy były proste i zapadające w pamięć. Dlatego Wi-Fi Alliance ogłosiło nowy branding, zmiana nazwy sieci bezprzewodowej n na Wireless 4, ac na Wireless 5 i ax na Wireless 6. Tego rodzaju system numeracji jest używany do wszystkiego, od telefonów komórkowych po franczyzy filmowe, więc powinien być łatwiejszy do zapamiętania dla konsumentów.

Nie wszystkie protokoły bezprzewodowe mają obejmować duże obszary lub zapewniać szerokie możliwości komunikacyjne. Niektóre z najbardziej przydatnych to standardy krótkiego zasięgu ma na celu pomóc urządzeniom o niskim poborze mocy w interakcji ze sobą. Mogą one wpływać na sposób interakcji z komputerem, telefonem lub innymi urządzeniami lub na to, jak urządzenia komunikują się ze sobą bezpośrednio.

Niektóre z najprostszych form technologii bezprzewodowej, w tym standardowa mysz i klawiatura bezprzewodowa, w ogóle nie korzystają z formalnego protokołu bezprzewodowego. Zamiast tego nadają bezpośrednio na ustawionej częstotliwości radiowej. Starsze urządzenia wykorzystują częstotliwość 27 MHz, używaną również do zabawek sterowanych radiowo. Ma słaby zasięg, ale doskonale nadaje się do urządzeń, które dzielą biurko. Nowsze wersje wykorzystują pasmo 2,4 GHz i mogą być używane dalej, co jest świetne, jeśli siedzisz z dala od gigantycznego monitora.

Urządzenia RF potrzebują do działania własnego odbiornika, ale Bluetooth nie, i właśnie dlatego Technologia Bluetooth jest bardziej wszechstronny. Bluetooth jest oparty na innej specyfikacji bezprzewodowej IEEE, 802.15.1, która jest opisana jako przeznaczona do osobiste sieci komputerowe. Sieci osobiste mają na celu: wymienić przewody i kable wi wokół jednej osoby lub miejsca pracy. Bluetooth to technologia wykorzystywana w tego typu sieciach, ponieważ łączy się niezawodnie, zużywa stosunkowo mało energii i może obsługiwać do ośmiu urządzeń jednocześnie.

Bluetooth łączy urządzenia w wycinku pasma 2,4 GHz. Kiedy urządzenia są podłączane po raz pierwszy lub sparowany przez Bluetooth tworzą unikalny kod zabezpieczający jako rodzaj tajnego uścisku dłoni między nimi. Po sparowaniu, oni połącz się automatycznie w przyszłości i nie wymagają dodatkowej konfiguracji. Przepustowość danych Bluetooth jest stosunkowo niska, dlatego jest używana głównie do urządzeń wejściowych i wyjściowych, takich jak myszy i klawiatury, głośniki oraz mikrofony i zestawy słuchawkowe.

Niskie zużycie energii zawsze było częścią specyfikacji Bluetooth, ponieważ urządzenia bezprzewodowe są zasilanie bateryjne z konieczności, ale nawet standardowy Bluetooth zużywa zbyt dużo energii dla niektórych Aplikacje. poprawiona wersja, Niska energia Bluetooth lub BLE, obsługuje ten segment rynku, zmniejszając przepustowość i zasięg do zmniejszyć zużycie energii. Jest często używany na przykład w opaskach fitness i smartwatchach, a także może być używany z urządzeniami IoT.

Komunikacja w pobliżu pola, lub NFC, to najkrótszy zasięg ze wszystkich protokołów bezprzewodowych. Działa na odległość tylko kilka cali, używając chipów o bardzo małej mocy. Znasz to jako technologię wykorzystywaną w aplikacjach typu „dotknij, aby zapłacić” na Twój telefon, w tym Apple Pay, Google Pay i Samsung Pay. Jest również szeroko stosowany w kartach klucza bezpieczeństwa i podobnych aplikacjach.

Inne protokoły bezprzewodowe pojawiają się, aby zaspokoić potrzeby poszczególnych inteligentnych urządzeń i łącznie Internetu rzeczy. Nie są one zorientowane na konsumenta jako takie, chociaż produkty, które umożliwiają, z pewnością są. Kilka z bardziej znanych to:

• Wątek: Ten bezprzewodowy protokół stał się częścią portfolio Google, kiedy firma kupiła firmę Nest, lidera automatyki domowej. Oparty na standardzie bezprzewodowym IEEE 802.15.4, jest używany w czujnikach dymu i urządzeniach automatyki Nest. Inni dostawcy mogą zdecydować się na użycie Thread, jeśli chcą być kompatybilne z produktami w ekosystemie Nest.
  
• Zigbee i Zigbee Pro: Zigbee i Zigbee Pro działają w pasmach 2,4 GHz i 900 MHz i mogą potencjalnie obsługiwać jednocześnie tysiące urządzeń w dowolnej lokalizacji. W przeciwieństwie do Thread, Zigbee jest wspierany przez konsorcjum setek producentów.
  
• ZWave i ZWave Plus: Innym ważnym protokołem do korzystania z IoT jest ZWave, który jest podobny do Zigbee, ale zaprojektowany tak, aby był prostszy i mniej kosztowny we wdrażaniu. Działa w pasmach 800 i 900 MHz, które oferują dobry zasięg i mniej zakłóceń niż pasmo 2,4 GHz. Został stworzony przez duńską firmę Zensys, ale teraz ma szerokie wsparcie producentów.
• MQTT: Transport telemetryczny kolejki wiadomości jest przeznaczony dla urządzeń o niskim poborze mocy i małej przepustowości, takich jak stosunkowo „głupie” czujniki, które nie potrzebują przepustowości danych wymaganej do interaktywnego „inteligentnego” Internetu Rzeczy urządzenia.