Typy bezdrôtových protokolov

Bezdrôtové signály sú jednou z najpoužívanejších možností komunikácie, od vašich obľúbených miestnych televíznych a rozhlasových staníc až po váš mobilný telefón. Niektoré z najdôležitejších bezdrôtových technológií, tie, ktoré prevádzkujú váš domáci internet, a stále viac Počet inteligentných zariadení na internete vecí alebo IoT je regulovaný radom bezdrôtových protokolov. V závislosti od ich použitia môže byť ich rozsah niekoľko kilometrov alebo niekoľko palcov.

Ak nežijete v oblasti, ktorá je obsluhovaná konvenčnými poskytovateľmi internetu, vaše možnosti sú tradične sa obmedzili na dial-up alebo satelit, pričom ani jeden z nich nie je obzvlášť dobrý na moderný, bohatý internet obsahu. Bezdrôtová technológia môže túto medzeru preklenúť niekoľkými rôznymi spôsobmi a poskytovať služby tam, kde by inak neboli dostupné.

V oblastiach, kde káblový a optický internet nie sú ekonomické, to isté

Internetové služby priamej viditeľnosti použite výkonnú verziu konvenčného Wi-Fi, ktorá prenáša signál z bodu do bodu pomocou vysoko smerové antény. Pretože vysiela svoje signály do presne zaostreného bodu, je menej pravdepodobné, že tento typ služby bude rušiť s inými zariadeniami a môže používať signál s vyšším výkonom, ktorý by inak bol podľa FCC nezákonný predpisov. Rýchlosti sú zvyčajne až 25 Mbps, čo je prijateľné pre väčšinu použití, ak nie ideálne.

S rozmachom internetu vecí a jeho hordou inteligentných a polointeligentných zariadení je tiež potrebné bezdrôtová technológia, ktorá dokáže pracovať s veľkým počtom zariadení s nízkou spotrebou energie vo veľkých mestách a predmestiach oblasti. Technológia LTE môže fungovať aj pre nich, hoci jej spotreba energie je pomerne vysoká. Konkurenčná technológia je Long-Range Wide Area Network protokol alebo LoRaWAN s dosahom niekoľkých kilometrov v mestskom prostredí a až trikrát väčším ako v menej hustých prímestských oblastiach.

Rovnako ako mnoho elektrických vecí, aj bezdrôtová technológia, ktorú používate vo svojom dome, je založená na špecifikáciách dizajnu stanovených Inštitútom elektrických a elektronických inžinierov alebo IEEE. V tomto prípade, skutočná špecifikácia sa nazýva 802.11, a v priebehu rokov bol aktualizovaný, aby odrážal – a podporoval – zlepšenia v technológii. Tie zmeny sú popísané pridaním písmen, ako napr g, n alebo ac za číslom. Pre pohodlie sú tieto variácie v špecifikácii označované ako bezdrôtové g, bezdrôtové n, bezdrôtová ac a tak ďalej.

Vaša domáca Wi-Fi je správne známa ako a bezdrôtová lokálna sieť alebo WLAN, ale väčšina ľudí to nazýva Wi-Fi a necháva to tak. Sieť Wi-Fi sa točí okolo centrálneho sieťového zariadenia nazývaného prístupový bod, ktoré poskytuje obojsmernú komunikáciu s každým zariadením pripojeným k sieti. Každé zariadenie musí mať na komunikáciu s prístupovým bodom kartu bezdrôtového sieťového rozhrania alebo NIC. Bezdrôtové protokoly, ktoré používajú, sa značne líšia v dosahu a výkone a s každou generáciou sa zlepšujú.

Väčšina Wi-Fi komunikácie prebieha v dvoch odlišných pásmach rádiových frekvencií, v pásme 2,4 GHz a pásme 5 GHz. Tieto pásma sú minimálne regulované a používajú sa pre rôzne spotrebiteľské zariadenia od detských monitorov až po bezdrôtové telefóny. Sú dobrí v rôznych veciach. Frekvencie v pásme 5 GHz môžu prenášať viac údajov rýchlejšie, ale frekvencie v pásme 2,4 GHz majú dlhší dosah a lepšie prechádzajú cez steny. Historicky sa 2,4 GHz používalo vo viacerých zariadeniach, ale to znamená Frekvencie 2,4 GHz sú viac preplnené a náchylnejšie na rušenie.

Najskoršie verzie špecifikácie 802.11 Wi-Fi, ktoré sa dostali na trh, boli bezdrôtové a a b, ktoré boli štandardizované koncom 90. rokov a skutočnými produktmi sa stali začiatkom 21. storočia. Každý používal iné pásmo. Bezdrôtové b využívalo pásmo 2,4 GHz a bolo schopné vytvárať siete rýchlosťou až 11 megabitov za sekundu a dosahom až 150 stôp. Bezdrôtovýa využíval pásmo 5 GHz a mal priepustnosť až 54 Mbps, ale jeho dosah bol len 25 až 75 stôp. Bezdrôtové blepší rozsah a relatívne nízke náklady urobil to populárnejším z týchto dvoch.

Prvý protokol Wi-Fi, ktorý mal veľký úspech na spotrebiteľskom trhu, bol 802,11 g alebo bezdrôtové g. Používal rovnaké pásmo 2,4 GHz ako bezdrôtové b, takže bol kompatibilný so staršími zariadeniami používajúcimi tento štandard, ale pri rýchlosti 54 Mbps teraz ponúkal výkon porovnateľný s bezdrôtovými sieťami a. To bolo dosť dobré pre väčšinu domácich používateľov a Wireless g bol veľmi populárny počas prvej dekády roku 2000.

Keď sa Wi-Fi stalo užitočnejším a populárnejším, používatelia potrebovali lepší výkon na zvládanie streamovania videa a iných náročných aplikácií. The 802.11n špecifikácia, ktorá prišla v roku 2009, to riešila niekoľkými dôležitými technickými vylepšeniami, ktoré sa väčšinou točili okolo Antény s viacerými vstupmi a viacerými výstupmi alebo MIMO, ktorý umožňoval rýchlosť až 300 Mbps. Ponúkal tiež viazanie kanálov, možnosť použitia samostatných kanálov pre upstream a downstream prevádzku, ktorá zvýšila potenciálnu priepustnosť – aspoň teoreticky – na 600 Mbps. Používal frekvencie 2,4 aj 5 GHz, takže bol spätne kompatibilný s používanými zariadeniami bezdrôtové a, ba g.

The bezdrôtová ac špecifikácia z roku 2014 túto technológiu ďalej zdokonalila použitím viacužívateľská technológia MIMO alebo MU-MIMO. To poskytuje základné rýchlosti až 433 Mbps na kanál a s viazaním kanálov je teoreticky možné mať rýchlosť bezdrôtovej siete až do gigabitovalebo tisíce Mbps. Bezdrôtový ac sám pracuje výlučne v pásme 5 GHz, ale mnohí výrobcovia ho zahŕňajú bezdrôtové n obvodov, aby boli ich smerovače kompatibilné bezdrôtové b, g a n.

Existuje niekoľko protokolov 802.11, ktoré sa nepoužívajú pre siete Wi-Fi na všeobecné účely, ale špecifická komunikácia medzi zariadeniami. Bezdrôtová reklama, napríklad používa pásmo 60 GHz a je skutočne veľmi rýchle – potenciálne až 6,7 GHz – ale v dosahu iba 10 alebo 11 stôp. Najlepšie sa používa v situáciách, ktoré vyžadujú vysokú priepustnosť medzi zariadeniami blízko seba. Bezdrôtové ah, taktiež známy ako Wi-Fi HaLow, využíva spodné pásmo 900 MHz na poskytnutie rozšíreného dosahu s priepustnosťou obmedzenou na maximálne 347 Mbps. Je určený na poskytovanie signálov s dlhším dosahom pre zariadenia s nízkou spotrebou, ako sú inteligentné zariadenia a ďalšie aplikácie internetu vecí.

Dopyt po vylepšenom výkone siete Wi-Fi tak skoro nezmizne – práve naopak – takže na trh prichádza novšia špecifikácia IEEE. Volá sa bezdrôtová sekera, a na zvýšenie priepustnosti používa určité digitálne triky. Zdvojnásobuje šírku každého dostupného bezdrôtového kanála a umožňuje signálom využívať len tie časti každého kanála, ktoré potrebuje, vďaka čomu je celý systém efektívnejší. Ponúka až štvornásobný dosah a šesťnásobný výkon bezdrôtového AC, aspoň teoreticky, a – čo je dôležité pre IoT – podporuje oveľa viac zariadení súčasne.

Aj keď špecifikácie používané pre Wi-Fi definujú inžinieri IEEE, samotný pojem „Wi-Fi“ a logo Wi-Fi sú vo vlastníctve konzorcia výrobcov známych ako Wi-Fi Alliance. Inžinieri môžu byť úplne spokojní s identifikáciou noriem s písmenami a číslami, ale výrobcovia a ich marketingové oddelenia radi robia veci jednoduché a zapamätateľné. To je dôvod, prečo Wi-Fi Alliance oznámila novú značku, premenovanie wireless n na Wireless 4, ac ako Wireless 5 a ax na Wireless 6. Tento druh systému číslovania sa používa pre všetko od mobilných telefónov po filmové franšízy, takže by si ho mali spotrebitelia ľahšie zapamätať.

Nie všetky bezdrôtové protokoly sú určené na pokrytie veľkých oblastí alebo na poskytovanie širokospektrálnych komunikačných schopností. Niektoré z najužitočnejších sú normy krátkeho dosahu Cieľom je pomôcť zariadeniam s nízkou spotrebou energie navzájom spolupracovať. Tieto môžu ovplyvniť spôsob, akým komunikujete s počítačom, telefónom alebo inými zariadeniami, alebo ako spolu zariadenia priamo komunikujú.

Niektoré z najjednoduchších foriem bezdrôtovej technológie, vrátane štandardnej bezdrôtovej myši a klávesnice, vôbec nepoužívajú formálny bezdrôtový protokol. Namiesto toho vysielajú priamo cez prednastavenú rádiovú frekvenciu. Staršie zariadenia používajú frekvenciu 27 MHz, ktorá sa používa aj pre rádiom ovládané hračky. Má slabý dosah, ale je úplne v poriadku pre zariadenia, ktoré zdieľajú stôl. Novšie verzie využívajú pásmo 2,4 GHz a dajú sa použiť aj ďalej, čo je skvelé, ak sedíte dobre vzadu od obrovského monitora.

RF zariadenia potrebujú svoj vlastný prijímač, aby fungovali, ale Bluetooth nie, čo je dôvod Technológia Bluetooth je všestrannejší. Bluetooth je založený na inej bezdrôtovej špecifikácii IEEE, 802.15.1, ktorá je opísaná ako osobné siete. Osobné siete sú určené na vymeniť drôty a káble v a okolo jednej osoby alebo pracovného priestoru. Bluetooth je technológia používaná v tomto type siete, pretože sa pripája spoľahlivo, využíva relatívne málo energie a môže podporovať až osem zariadení súčasne.

Bluetooth spája zariadenia v pásme 2,4 GHz. Pri prvom pripojení zariadení resp spárované cez Bluetooth si vytvoria jedinečný bezpečnostný kód ako akési tajné podanie ruky medzi nimi. Potom, čo sú spárované, oni v budúcnosti automaticky znova pripojiť a nevyžadujú žiadne ďalšie nastavenia. Dátová priepustnosť Bluetooth je relatívne nízka, takže sa väčšinou používa pre vstupné a výstupné zariadenia, ako sú myši a klávesnice, reproduktory, mikrofóny a slúchadlá.

Nízka spotreba energie bola vždy súčasťou špecifikácie Bluetooth, pretože bezdrôtové zariadenia sú nutne napájaný z batérie, ale aj štandardné Bluetooth pre niektorých spotrebúva príliš veľa energie z batérie aplikácie. Upravená verzia, Bluetooth Low Energy alebo BLE, sa stará o tento segment trhu znížením šírky pásma a rozsahu znížiť spotrebu energie. Často sa používa napríklad vo fitness náramkoch a inteligentných hodinkách a má potenciál na použitie aj so zariadeniami internetu vecí.

Near-Field Communications, alebo NFC, je najkratší dosah zo všetkých bezdrôtových protokolov. Pôsobí na vzdialenosť len pár centimetrovpomocou čipov s veľmi nízkou spotrebou energie. Poznáte to ako technológiu používanú v aplikáciách platených priložením pre váš telefón vrátane Apple Pay, Google Pay a Samsung Pay. Je tiež široko používaný v kartách bezpečnostných kľúčov a podobných aplikáciách.

Pribúdajú ďalšie bezdrôtové protokoly, aby vyhovovali potrebám jednotlivých inteligentných zariadení a internetu vecí ako celku. Ako také nie sú orientované na spotrebiteľa, hoci produkty, ktoré umožňujú, určite áno. Niektoré z najvýznamnejších zahŕňajú:

• vlákno: Tento bezdrôtový protokol sa stal súčasťou portfólia spoločnosti Google, keď kúpila lídra v oblasti domácej automatizácie Nest. Na základe bezdrôtového štandardu IEEE 802.15.4 sa používa v detektoroch dymu a automatizačných zariadeniach Nest. Iní predajcovia sa môžu rozhodnúť používať Thread, ak chcú byť kompatibilní s produktmi v ekosystéme Nest.
  
• Zigbee a Zigbee Pro: Zigbee a Zigbee Pro pracujú v pásmach 2,4 GHz a 900 MHz a môžu potenciálne podporovať tisíce zariadení naraz na ľubovoľnom mieste. Na rozdiel od Threadu, za Zigbee stojí konzorcium stoviek výrobcov.
  
• ZWave a ZWave Plus: Ďalším dôležitým protokolom pre použitie internetu vecí je ZWave, ktorý je podobný Zigbee, ale je navrhnutý tak, aby bol jednoduchší a menej nákladný na implementáciu. Funguje v pásmach 800 a 900 MHz, ktoré ponúkajú dobrý dosah a menšie rušenie ako pásmo 2,4 GHz. Bol vytvorený dánskou spoločnosťou Zensys, ale teraz má širokú podporu výrobcov.
• MQTT: Prenos telemetrie frontu správ je navrhnutý pre zariadenia s nízkou spotrebou a nízkou priepustnosťou, ako sú napríklad relatívne „hlúpe“ senzory, ktoré nepotrebujú takú dátovú priepustnosť, akú si vyžaduje interaktívny „inteligentný“ IoT zariadení.