Типы беспроводных протоколов

Беспроводные сигналы - один из наиболее широко используемых способов связи: от любимых местных теле- и радиостанций до сотового телефона. Некоторые из наиболее важных беспроводных технологий, те, которые управляют вашим домашним Интернетом, и растущее количество интеллектуальных устройств в Интернете вещей или IoT регулируется рядом беспроводных протоколов. В зависимости от их использования их диапазон может быть целых несколько миль или всего несколько дюймов.

Если вы не живете в районе, обслуживаемом обычными интернет-провайдерами, ваши варианты традиционно были ограничены коммутируемым или спутниковым доступом, ни один из них не особенно хорош для современного, богатого Интернета содержание. Беспроводные технологии могут восполнить этот пробел несколькими способами, предоставляя услуги там, где они иначе были бы недоступны.

В тех областях, где кабельный и оптоволоконный Интернет неэкономичен, то же самое

Интернет-услуги в зоне прямой видимости использовать то, что сводится к мощной версии обычного Wi-Fi, который передает свой сигнал от точки к точке, используя высоконаправленные антенны. Поскольку он передает свои сигналы в строго определенную точку, этот тип услуг с меньшей вероятностью будет мешать с другими устройствами и может использовать сигнал более высокой мощности, что в противном случае было бы незаконным в соответствии с Федеральной комиссией связи США. нормативные документы. Скорость обычно составляет до 25 Мбит / с, что приемлемо для большинства применений, если не идеально.

С появлением Интернета вещей и его множества умных и полу-умных устройств также возникла потребность в беспроводная технология, которая может работать с огромным количеством этих маломощных устройств в больших городах и пригородах области. Для них тоже может работать технология LTE, хотя ее энергопотребление относительно велико. Конкурентоспособная технология - это Протокол глобальной сети большого радиуса действия или LoRaWAN с радиусом действия пару миль в городских условиях и до трех раз больше в менее плотных пригородных районах.

Как и многие другие электрические устройства, беспроводные технологии, которые вы используете в своем доме, основаны на проектных спецификациях, разработанных Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). В этом случае, фактическая спецификация называется 802.11, и с годами он модернизировался, чтобы отражать - и поощрять - улучшения в технологии. Эти изменения описываются добавлением букв, например грамм, п или ac после числа. Для удобства эти вариации в спецификации обозначены как беспроводной g, беспроводной n, беспроводной ac и так далее.

Ваш домашний Wi-Fi правильно известен как беспроводная локальная сеть или WLAN, но большинство людей просто называют это Wi-Fi и оставляют все как есть. Сеть Wi-Fi вращается вокруг центрального сетевого устройства, называемого точкой доступа, которое обеспечивает двустороннюю связь с каждым устройством, подключенным к сети. Каждое устройство, в свою очередь, должно иметь карту беспроводного сетевого интерфейса, или NIC, для связи с точкой доступа. Беспроводные протоколы, которые они используют, сильно различаются по диапазону и производительности и становятся лучше с каждым поколением.

В основном связь Wi-Fi осуществляется в двух различных диапазонах радиочастот: диапазоне 2,4 ГГц и диапазоне 5 ГГц. Эти полосы минимально регулируются, и они используются для различных потребительских устройств, от радионяни до беспроводных телефонов. Они умеют разные вещи. Частоты в диапазоне 5 ГГц могут передавать больше данных быстрее, но частоты в диапазоне 2,4 ГГц имеют больший диапазон и лучше проходят сквозь стены. Исторически 2,4 ГГц использовался в большем количестве устройств, но это означает, что Частоты 2,4 ГГц более загружены и подвержены помехам..

Самые ранние версии спецификации Wi-Fi 802.11, которые поступили на рынок, были беспроводной а также б, которые были стандартизированы в конце 90-х и стали реальными продуктами в начале 2000-х. Каждый использовал свой ремешок. Беспроводная связь b использовал полосу 2,4 ГГц, и он был способен работать в сети со скоростью до 11 мегабит в секунду и дальностью действия до 150 футов. Беспроводнойа использовал полосу 5 ГГц и имел пропускную способность до 54 Мбит / с, но его диапазон составлял всего от 25 до 75 футов. Wireless b'sлучший диапазон и относительно низкая стоимость сделал его более популярным из двух.

Первым протоколом Wi-Fi, который имел большой успех на потребительском рынке, был 802,11 г или беспроводной g. Он использовал тот же диапазон 2,4 ГГц, что и беспроводной b, поэтому он был совместим со старым оборудованием, использующим этот стандарт, но теперь при скорости 54 Мбит / с он предлагал производительность, сопоставимую с беспроводными сетями. Этого было достаточно для большинства домашних пользователей, и беспроводной g был чрезвычайно популярен в течение первого десятилетия 2000-х гг.

Поскольку Wi-Fi стал более полезным и популярным, пользователям требовалась более высокая производительность для обработки потокового видео и других требовательных приложений. В 802.11n Спецификация, появившаяся в 2009 году, обратилась к этому с некоторыми важными техническими поправками, в основном касающимися Антенны с несколькими входами и несколькими выходами или MIMO, что позволило достичь скорости до 300 Мбит / с. Он также предлагал связывание каналов, возможность использования отдельных каналов для восходящего и нисходящего трафика, что увеличил потенциальную пропускную способность - по крайней мере теоретически - до 600 Мбит / с. Он использовал частоты 2,4 и 5 ГГц, поэтому был обратно совместим с устройствами, использующими беспроводной, б, а также грамм.

В беспроводной ac спецификация, датируемая 2014 годом, доработала эту технологию за счет использования многопользовательская технология MIMO или MU-MIMO. Это обеспечивает базовую скорость до 433 Мбит / с на канал, а при объединении каналов теоретически возможно скорость беспроводной сети достигает гигабит, или тысячи Мбит / с. Беспроводной адаптер переменного тока сам работает только в диапазоне 5 ГГц, но многие производители включают беспроводной n схемы, чтобы их маршрутизаторы были совместимы с беспроводной b, грамм а также п.

Есть пара протоколов 802.11, которые используются не для сетей Wi-Fi общего назначения, а для конкретная связь между устройствами. Беспроводная реклама, например, использует полосу 60 ГГц и действительно очень быстро - потенциально до 6,7 ГГц - но в диапазоне всего 10 или 11 футов. Его лучше всего использовать в ситуациях, когда требуется высокая пропускная способность между устройствами, расположенными рядом друг с другом. Беспроводной ах, также известный как Wi-Fi HaLow, использует нижний диапазон 900 МГц для обеспечения расширенного диапазона с максимальной пропускной способностью 347 Мбит / с. Он предназначен для передачи сигналов большей дальности для устройств с низким энергопотреблением, таких как интеллектуальные устройства и другие приложения IoT.

Спрос на улучшенную производительность сети Wi-Fi не исчезнет в ближайшее время - как раз наоборот - поэтому на рынок выходит новая спецификация IEEE. Это называется беспроводной топор, и он использует некоторую цифровую ловкость рук для увеличения пропускной способности. Он удваивает ширину каждого доступного беспроводного канала и позволяет сигналам использовать только те части каждого канала, которые ему нужны, что делает всю систему более эффективной. Он предлагает до в четыре раза больший радиус действия и в шесть раз большую производительность по сравнению с беспроводной сетью переменного тока, по крайней мере, теоретически, и, что важно для Интернета вещей, поддерживает одновременно гораздо больше устройств.

Хотя спецификации, используемые для Wi-Fi, определены инженерами IEEE, сам термин «Wi-Fi» и логотип Wi-Fi принадлежат консорциуму производителей, известному как Wi-Fi Альянс. Инженеры могут быть совершенно счастливы определять стандарты с помощью букв и цифр, но производители и их маркетинговые отделы любят, чтобы вещи были простыми и запоминающимися. Вот почему Wi-Fi Alliance объявил о новом бренде, переименование Wireless N в Wireless 4, ac в Wireless 5 и ax в Wireless 6. Такая система нумерации используется для всего, от мобильных телефонов до фильмов, поэтому потребителям должно быть проще ее запомнить.

Не все беспроводные протоколы предназначены для покрытия больших территорий или обеспечения широких возможностей связи. Некоторые из наиболее полезных - это стандарты ближнего действия. предназначены для помощи устройствам с низким энергопотреблением во взаимодействии друг с другом. Это может повлиять на то, как вы взаимодействуете с компьютером, телефоном или другими устройствами или как устройства напрямую общаются друг с другом.

Некоторые из простейших форм беспроводной технологии, включая стандартную беспроводную мышь и клавиатуру, вообще не используют формальный беспроводной протокол. Вместо этого они передают напрямую на заранее установленной радиочастоте. Старые устройства используют частоту 27 МГц, также используемую для радиоуправляемых игрушек. У него небольшой диапазон, но он идеально подходит для устройств, которые находятся на одном столе. Более новые версии используют полосу 2,4 ГГц и могут использоваться на большем расстоянии, что отлично, если вы сидите далеко от гигантского монитора.

Радиочастотным устройствам для работы нужен собственный приемник, а вот Bluetooth - нет, поэтому Технология Bluetooth более универсален. Bluetooth основан на другой спецификации беспроводной связи IEEE, 802.15.1, которая описана как предназначенная для личные сети. Персональные сети предназначены для заменить провода и кабели внутри и вокруг одного человека или на рабочем месте. Bluetooth - это технология, используемая в этом типе сети, поскольку она обеспечивает надежное соединение, потребляет относительно мало энергии и может поддерживать до восьми устройств одновременно.

Bluetooth соединяет устройства в диапазоне 2,4 ГГц. Когда устройства подключаются впервые или парный через Bluetooth они создают уникальный код безопасности как своего рода секретное рукопожатие между собой. После того, как они спарены, они автоматически переподключаться в будущем и не требуют дополнительной настройки. Пропускная способность данных Bluetooth относительно невысока, поэтому он в основном используется для устройств ввода и вывода, таких как мыши и клавиатуры, динамики, микрофоны и гарнитуры.

Низкое энергопотребление всегда было частью спецификации Bluetooth, потому что беспроводные устройства работает от батареи по необходимости, но даже стандартный Bluetooth использует слишком много заряда батареи для некоторых Приложения. Исправленная версия, Bluetooth с низким энергопотреблением или BLE, обслуживает этот сегмент рынка, сокращая полосу пропускания и диапазон до снизить потребление энергии. Например, он часто используется в фитнес-браслетах и ​​умных часах, а также может использоваться с устройствами Интернета вещей.

Связь ближнего поля, или NFC, является самым коротким из всех беспроводных протоколов. Он действует на расстоянии всего несколько дюймов, используя микросхемы с очень низким энергопотреблением. Вы знаете это как технологию, используемую в приложениях для оплаты с помощью касания для вашего телефона, включая Apple Pay, Google Pay и Samsung Pay. Он также широко используется в картах-ключах безопасности и подобных приложениях.

Появляются и другие беспроводные протоколы для удовлетворения потребностей отдельных интеллектуальных устройств и Интернета вещей в целом. Они не ориентированы на потребителя как таковые, хотя продукты, которые они предоставляют, безусловно, ориентированы на них. Вот некоторые из наиболее известных:

• Нить: Этот беспроводной протокол стал частью портфолио Google, когда он купил Nest, лидера в области домашней автоматизации. Основанный на стандарте беспроводной связи IEEE 802.15.4, он используется в детекторах дыма и устройствах автоматизации Nest. Другие поставщики могут выбрать использование Thread, если они хотят быть совместимыми с продуктами в экосистеме Nest.
  
• Zigbee и Zigbee Pro: Zigbee и Zigbee Pro работают в диапазонах 2,4 ГГц и 900 МГц и потенциально могут поддерживать тысячи устройств одновременно на любом сайте. В отличие от Thread, Zigbee поддерживается консорциумом из сотен производителей.
  
• ZWave и ZWave Plus: Еще один важный протокол для использования Интернета вещей - это ZWave, который похож на Zigbee, но более простой и менее затратный в реализации. Он работает в диапазонах 800 и 900 МГц, которые обеспечивают хороший диапазон и меньшие помехи, чем диапазон 2,4 ГГц. Он был создан датской компанией Zensys, но сейчас пользуется широкой поддержкой производителей.
• MQTT: Транспорт телеметрии очереди сообщений разработан для устройств с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью, таких как относительно «тупые» датчики, которым не нужна пропускная способность, необходимая для интерактивного «умного» Интернета вещей. устройств.