Tipos de protocolos sem fio

Os sinais sem fio são uma das opções de comunicação mais utilizadas, desde sua TV local favorita e estações de rádio até seu telefone celular. Algumas das tecnologias sem fio mais importantes, aquelas que executam a Internet em sua casa e cada vez mais número de dispositivos inteligentes na Internet das Coisas ou IoT são regulados por uma variedade de protocolos sem fio. Dependendo de seu uso, seu alcance pode ser tanto quanto várias milhas ou tão pouco quanto alguns centímetros.

Se você não mora em uma área servida por provedores convencionais de internet, suas opções tradicionalmente foram limitados a discagem ou satélite, nenhum dos quais é especialmente bom em internet moderna e rica contente. A tecnologia sem fio pode preencher essa lacuna de algumas maneiras diferentes, fornecendo serviço onde não estaria disponível de outra forma.

Em áreas onde a internet a cabo e de fibra não são econômicas, o mesmo LTE a tecnologia que fornece cobertura de internet no seu celular pode ser aproveitada para fornecer internet sem fio também para usuários domésticos. Pode ser entregue na rede de celular existente pelas principais operadoras ou por provedores de serviços independentes que optam por instalar suas próprias torres. As velocidades variam entre os fornecedores, com a tecnologia atual de 4ª geração, 4G, dando velocidades de até respeitáveis ​​100 Mbps, enquanto o próximo 5G tecnologia poderia teoricamente atingir 10 Gbps.

Serviços de linha de visão da Internet usar o que se resume a uma versão de alta potência do Wi-Fi convencional, que transfere seu sinal de ponto a ponto usando antenas altamente direcionais. Porque ele transmite seus sinais para um ponto bem focado, este tipo de serviço tem menos probabilidade de interferir com outros dispositivos e pode usar um sinal de alta potência que de outra forma seria ilegal sob a FCC regulamentos. As velocidades são normalmente de até 25 Mbps, o que é aceitável para a maioria dos usos, se não o ideal.

Com o surgimento da Internet das Coisas e sua horda de dispositivos inteligentes e semi-inteligentes, também há a necessidade de tecnologia sem fio que pode funcionar com um grande número de dispositivos de baixo consumo em grandes áreas urbanas e suburbanas áreas. A tecnologia LTE também pode funcionar para eles, embora seu consumo de energia seja relativamente alto. Uma tecnologia competitiva é a Protocolo de Long-Range Wide Area Network ou LoRaWAN com alcance de alguns quilômetros em ambientes urbanos e até três vezes mais em áreas suburbanas menos densas.

Como muitas coisas elétricas, a tecnologia sem fio que você usa em sua casa é baseada nas especificações de projeto estabelecidas pelo Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos, ou IEEE. Nesse caso, a especificação real é chamada 802.11, e foi atualizado ao longo dos anos para refletir - e encorajar - melhorias na tecnologia. Essas mudanças são descritas adicionando letras, como g, n ou ac após o número. Por conveniência, essas variações nas especificações são chamadas de g sem fio, sem fio n, wireless ac e assim por diante.

O Wi-Fi de sua casa é conhecido como Rede local sem fio ou WLAN, mas a maioria das pessoas simplesmente chama de Wi-Fi e deixa assim. Uma rede Wi-Fi gira em torno de um dispositivo de rede central, denominado ponto de acesso, que fornece comunicação bidirecional com cada dispositivo conectado à rede. Cada dispositivo, por sua vez, precisa ter uma placa de interface de rede sem fio, ou NIC, para se comunicar com o ponto de acesso. Os protocolos sem fio que eles usam variam amplamente em alcance e desempenho e estão cada vez melhores a cada geração.

A maior parte da comunicação Wi-Fi ocorre em duas bandas distintas de frequências de rádio, a banda de 2,4 GHz e a banda de 5 GHz. Essas bandas são minimamente regulamentadas e são usadas para uma variedade de dispositivos de consumo, de monitores para bebês a telefones sem fio. Eles são bons em coisas diferentes. As frequências na banda de 5 GHz podem transportar mais dados mais rapidamente, mas aquelas na banda de 2,4 GHz têm alcance mais longo e são melhores para atravessar paredes. Historicamente, 2,4 GHz tem sido usado em mais dispositivos, mas isso significa As frequências de 2,4 GHz são mais congestionadas e sujeitas a interferências.

As primeiras versões da especificação 802.11 Wi-Fi a chegar ao mercado foram sem fio a e b, que foram padronizados no final dos anos 90 e se tornaram produtos reais no início dos anos 2000. Cada um usou uma banda diferente. Wireless b usava a banda de 2,4 GHz e era capaz de conectar em rede a velocidades de até 11 megabits por segundo e alcance de até 150 pés. Sem fiouma usava a banda de 5 GHz e tinha taxa de transferência de até 54 Mbps, mas seu alcance era de apenas 25 a 75 pés. Wireless b'smelhor alcance e custo relativamente baixo o tornou o mais popular dos dois.

O primeiro protocolo Wi-Fi a ter grande sucesso no mercado consumidor foi 802.11g ou g sem fio. Ele usava a mesma banda de 2,4 GHz que wireless b, por isso era compatível com equipamentos mais antigos que usavam esse padrão, mas a 54 Mbps agora oferecia desempenho comparável a redes sem fio. Isso era bom o suficiente para a maioria dos usuários domésticos e wireless g era extremamente popular durante a primeira década dos anos 2000.

À medida que o Wi-Fi se tornou mais útil e popular, os usuários precisaram de melhor desempenho para lidar com streaming de vídeo e outros aplicativos exigentes. o 802.11n especificação, que surgiu em 2009, abordou isso com alguns ajustes técnicos importantes, principalmente girando em torno Antenas de múltiplas entradas e múltiplas saídas ou MIMOs, que permitia velocidades de até 300 Mbps. Ele também oferecia ligação de canal, a opção de usar canais separados para tráfego upstream e downstream, que Aumento da taxa de transferência potencial - pelo menos em teoria - para 600 Mbps. Ele usava frequências de 2,4 e 5 GHz, por isso era compatível com versões anteriores de dispositivos que usavam sem fio a, b, e g.

o wireless ac especificação, datada de 2014, refinou essa tecnologia ainda mais por meio do uso de tecnologia MIMO multiusuário ou MU-MIMO. Isso fornece velocidades básicas de até 433 Mbps por canal e, com ligação de canal, é teoricamente possível ter velocidades de rede sem fio bem em gigabits, ou milhares de Mbps. AC sem fio em si opera exclusivamente na banda de 5 GHz, mas muitos fabricantes incluem sem fio n circuitos, bem como para manter seus roteadores compatíveis com wireless b, g e n.

Existem alguns protocolos 802.11 que não são usados ​​para redes Wi-Fi de uso geral, mas para comunicações específicas de dispositivo para dispositivo. Anúncio sem fio, por exemplo, usa a banda de 60 GHz e é muito rápido - potencialmente até 6,7 GHz - mas dentro de uma faixa de apenas 3 ou 3 metros. É melhor usado em situações que exigem alto rendimento entre dispositivos próximos um do outro. Ah sem fio, também conhecido como Wi-Fi HaLow, usa a banda inferior de 900 MHz para fornecer alcance estendido com taxa de transferência limitada a um máximo de 347 Mbps. Destina-se a fornecer sinais de longo alcance para dispositivos de baixa potência, como aparelhos inteligentes e outros aplicativos IoT.

A demanda por melhor desempenho da rede Wi-Fi não vai desaparecer tão cedo - muito pelo contrário - então há uma especificação IEEE mais recente chegando ao mercado. É chamado machado sem fio, e usa algum truque digital para aumentar o rendimento. Ele dobra a largura de cada canal sem fio disponível e permite que os sinais usem apenas as partes de cada canal de que precisa, tornando todo o sistema mais eficiente. Oferece até quatro vezes o alcance e seis vezes o desempenho do wireless ac, pelo menos em teoria, e - importante para a IoT - suporta muitos mais dispositivos ao mesmo tempo.

Embora as especificações usadas para Wi-Fi sejam definidas pelos engenheiros do IEEE, o próprio termo "Wi-Fi" e o logotipo Wi-Fi são propriedade de um consórcio de fabricantes conhecido como Wi-Fi Alliance. Os engenheiros podem ficar perfeitamente satisfeitos em identificar padrões com letras e números, mas os fabricantes e seus departamentos de marketing gostam de manter as coisas simples e memoráveis. É por isso que a Wi-Fi Alliance anunciou uma nova marca, renomeando wireless n como Wireless 4, ac como Wireless 5 e ax como Wireless 6. Esse tipo de sistema de numeração é usado para tudo, desde celulares a franquias de filmes, então deve ser mais fácil para os consumidores lembrar.

Nem todos os protocolos sem fio têm como objetivo cobrir grandes áreas ou fornecer ampla capacidade de comunicação. Alguns dos mais úteis são padrões de curto alcance destina-se a ajudar os dispositivos de baixo consumo a interagir uns com os outros. Isso pode afetar a forma como você interage com um computador, telefone ou outros dispositivos, ou como os dispositivos se comunicam diretamente.

Algumas das formas mais simples de tecnologia sem fio, incluindo um mouse e teclado sem fio padrão, não usam um protocolo sem fio formal. Em vez disso, eles transmitem diretamente por uma frequência de rádio predefinida. Dispositivos mais antigos usam a frequência de 27 MHz, também usada para brinquedos controlados por rádio. Tem um alcance pobre, mas é perfeitamente adequado para dispositivos que compartilham uma mesa. As versões mais recentes usam a banda de 2,4 GHz e podem ser usadas mais longe, o que é ótimo se você estiver sentado bem longe de um monitor gigante.

Os dispositivos RF precisam de seu próprio receptor para funcionar, mas o Bluetooth não, e é por isso que Tecnologia bluetooth é mais versátil. O Bluetooth é baseado em outra especificação sem fio IEEE, 802.15.1, que é descrita como sendo para redes de área pessoal. Redes de área pessoal destinam-se a substitua fios e cabos dentro e ao redor de uma única pessoa ou área de trabalho. Bluetooth é uma tecnologia usada nesse tipo de rede porque se conecta de maneira confiável, usa relativamente pouca energia e pode oferecer suporte a até oito dispositivos simultaneamente.

O Bluetooth conecta dispositivos em uma parte da banda de 2,4 GHz. Quando os dispositivos são conectados pela primeira vez ou emparelhado por meio do Bluetooth, eles criam um código de segurança exclusivo como uma espécie de aperto de mão secreto entre eles. Depois que eles estão emparelhados, eles reconectar automaticamente no futuro e não requer nenhuma configuração adicional. A taxa de transferência de dados do Bluetooth é relativamente baixa, por isso é usado principalmente para dispositivos de entrada e saída, como mouses e teclados, alto-falantes, microfones e headsets.

O baixo consumo de energia sempre fez parte da especificação Bluetooth porque os dispositivos sem fio são operado por bateria por necessidade, mas mesmo o Bluetooth padrão usa muita energia da bateria para alguns formulários. Uma versão revisada, Bluetooth de baixa energia ou BLE, atende a esse segmento do mercado, cortando a largura de banda e alcance para reduzir o consumo de energia. É frequentemente usado em pulseiras de fitness e smartwatches, por exemplo, e também tem potencial para uso com dispositivos IoT.

Near-Field Communications, ou NFC, é o menor alcance de todos os protocolos sem fio. Ele opera a uma distância de apenas alguns centímetros, usando chips de baixíssima potência. Você a conhece como a tecnologia usada em aplicativos tap-to-pay para o seu telefone, incluindo Apple Pay, Google Pay e Samsung Pay. Também é amplamente utilizado em cartões-chave de segurança e aplicativos semelhantes.

Outros protocolos sem fio estão surgindo para atender às necessidades de dispositivos inteligentes individuais e da Internet das Coisas coletivamente. Eles não são orientados para o consumidor como tal, embora os produtos que permitem certamente o sejam. Alguns dos mais proeminentes incluem:

• Fio: Este protocolo sem fio tornou-se parte do portfólio do Google quando ele comprou a Nest, líder em automação residencial. Baseado no padrão sem fio 802.15.4 do IEEE, ele é usado nos detectores de fumaça e dispositivos de automação da Nest. Outros fornecedores podem optar por usar Thread se quiserem ser compatíveis com produtos do ecossistema Nest.
  
• Zigbee e Zigbee Pro: Zigbee e Zigbee Pro operam nas bandas de 2,4 GHz e 900 MHz e podem oferecer suporte a milhares de dispositivos ao mesmo tempo em qualquer local. Ao contrário da Thread, a Zigbee é apoiada por um consórcio de centenas de fabricantes.
  
• ZWave e ZWave Plus: Outro protocolo importante para uso de IoT é o ZWave, que é semelhante ao Zigbee, mas projetado para ser mais simples e menos caro de implementar. Ele opera nas bandas de 800 e 900 MHz, que oferecem bom alcance e menos interferência do que a banda de 2,4 GHz. Foi criado pela empresa dinamarquesa Zensys, mas agora tem amplo suporte dos fabricantes.
• MQTT: O Transporte de Telemetria de Fila de Mensagens é projetado para dispositivos de baixa potência e baixa taxa de transferência, como relativamente sensores "burros", que não precisam do tipo de taxa de transferência de dados necessária para IoT interativa "inteligente" dispositivos.