Типи бездротових протоколів

Бездротові сигнали є одним із найбільш широко використовуваних засобів зв’язку, від улюблених місцевих теле- та радіостанцій до мобільного телефону. Деякі з найбільш важливих бездротових технологій, які забезпечують ваш домашній Інтернет, і все більше Кількість розумних пристроїв в Інтернеті речей або IoT регулюється рядом бездротових протоколів. Залежно від їх використання, їх діапазон може бути на кілька миль або всього на кілька дюймів.

Якщо ви не живете в районі, який обслуговується звичайними інтернет-провайдерами, ваші варіанти традиційно були обмежені комутованим або супутниковим зв’язком, жоден з яких не є особливо хорошим у сучасному насиченому Інтернеті зміст. Бездротові технології можуть подолати цю прогалину кількома різними способами, надаючи послуги там, де вони були б недоступні.

У районах, де кабельний та оптоволоконний Інтернет не є економічними, те саме

Інтернет-послуги прямої видимості використовувати те, що зводиться до потужної версії звичайного Wi-Fi, яка передає свій сигнал від точки до точки за допомогою високоспрямовані антени. Оскільки він передає свої сигнали в чітко зосереджену точку, цей тип служби менш ймовірно створить перешкоди з іншими пристроями і може використовувати сигнал більшої потужності, який інакше був би незаконним згідно з FCC правилами. Швидкість зазвичай становить до 25 Мбіт/с, що прийнятно для більшості випадків, якщо не ідеально.

Із розвитком Інтернету речей та його орди розумних і напіврозумних пристроїв також виникає потреба у бездротова технологія, яка може працювати з величезною кількістю цих малопотужних пристроїв у великих містах і приміських районах області. Технологія LTE також може працювати для них, хоча її енергоспоживання є відносно високим. Конкурентоспроможною технологією є Протокол глобальної мережі далекого діапазону або LoRaWAN з радіусом дії кілька миль у міських умовах і до трьох разів більшим у менш густих приміських районах.

Як і багато інших електричних технологій, бездротова технологія, яку ви використовуєте у вашому домі, заснована на специфікаціях, викладених Інститутом інженерів з електротехніки та електроніки, або IEEE. В цьому випадку, фактична специфікація називається 802.11, і протягом багатьох років його модернізували, щоб відобразити – та заохочувати – удосконалення технології. Ці зміни описуються додаванням літер, наприклад g, п або ac після числа. Для зручності ці варіації в специфікації називаються бездротовий g, бездротовий n, бездротовий ac і так далі.

Ваш домашній Wi-Fi правильно відомий як a бездротова локальна мережа або WLAN, але більшість людей просто називають це Wi-Fi і залишають так. Мережа Wi-Fi обертається навколо центрального мережевого пристрою, який називається точкою доступу, який забезпечує двосторонній зв’язок з кожним пристроєм, підключеним до мережі. Кожен пристрій, у свою чергу, повинен мати плату бездротового мережевого інтерфейсу або NIC для зв’язку з точкою доступу. Протоколи бездротового зв’язку, які вони використовують, сильно відрізняються за діапазоном і продуктивністю і стають кращими з кожним поколінням.

Більшість Wi-Fi-зв'язку відбувається в двох різних діапазонах радіочастот, діапазоні 2,4 ГГц і діапазоні 5 ГГц. Ці діапазони мінімально регулюються, і вони використовуються для різних споживчих пристроїв від радіонянь до бездротових телефонів. Вони гарні в різних речах. Частоти в діапазоні 5 ГГц можуть переносити більше даних швидше, але частоти в діапазоні 2,4 ГГц мають більший діапазон, і вони краще проходять через стіни. Історично 2,4 ГГц використовували в більшій кількості пристроїв, але це означає Частоти 2,4 ГГц є більш переповненими і схильними до перешкод.

Найбільш ранні версії специфікації Wi-Fi 802.11, які вийшли на ринок, були бездротовий а і б, які були стандартизовані наприкінці 90-х і стали фактичними продуктами на початку 2000-х. Кожен використовував різну смугу. Бездротовий b використовував діапазон 2,4 ГГц, і він був здатний працювати в мережі зі швидкістю до 11 мегабіт на секунду і діапазоном до 150 футів. Бездротовийа використовував діапазон 5 ГГц і мав пропускну здатність до 54 Мбіт/с, але його діапазон був лише від 25 до 75 футів. Бездротові бкращий асортимент і відносно низька вартість зробив його більш популярним з двох.

Першим протоколом Wi-Fi, який мав широкий успіх на споживчому ринку, був 802.11g або бездротовий g. Він використовував той самий діапазон 2,4 ГГц, що і бездротовий b, тож він був сумісний зі старішим обладнанням, який використовував цей стандарт, але на швидкості 54 Мбіт/с тепер пропонував продуктивність, порівнянну з бездротовими мережами. Цього було достатньо для більшості домашніх користувачів, і Wireless g був надзвичайно популярним протягом першого десятиліття 2000-х років.

Оскільки Wi-Fi став більш корисним і популярним, користувачам потрібна була краща продуктивність для роботи з потоковим відео та іншими вимогливими додатками. The 802.11n специфікація, яка з’явилася в 2009 році, вирішує це з деякими важливими технічними змінами, які в основному стосуються Багатовхідні антени з кількома виходами або MIMO, що дозволяло розвивати швидкість до 300 Мбіт/с. Він також пропонував зв’язування каналів, можливість використання окремих каналів для трафіку вгору та вниз по течії, що збільшила потенційну пропускну здатність – принаймні теоретично – до 600 Мбіт/с. Він використовував частоти як 2,4, так і 5 ГГц, тому був зворотно сумісним із пристроями, які використовують бездротовий а, б, і g.

The бездротовий ac Специфікація, датована 2014 роком, удосконалювала цю технологію за рахунок використання багатокористувацька технологія MIMO або MU-MIMO. Це забезпечує базову швидкість до 433 Мбіт/с на канал, а за допомогою зв’язування каналів теоретично можливо мати швидкість бездротової мережі досягає гігабіт, або тисячі Мбіт/с. Бездротовий AC сам працює виключно в діапазоні 5 ГГц, але багато виробників включають бездротовий n схем, а також, щоб їхні маршрутизатори були сумісними бездротовий b, g і п.

Існує кілька протоколів 802.11, які використовуються не для мереж Wi-Fi загального призначення, а для специфічні комунікації між пристроєм. бездротова реклама, наприклад, використовує діапазон 60 ГГц і дійсно дуже швидкий – потенційно до 6,7 ГГц – але в діапазоні всього 10 або 11 футів. Його найкраще використовувати в ситуаціях, коли потрібна висока пропускна здатність між пристроями поруч один з одним. Бездротовий ах, також відомий як Wi-Fi HaLow, використовує нижній діапазон 900 МГц для забезпечення розширеного діапазону з максимальною пропускною здатністю 347 Мбіт/с. Він призначений для забезпечення сигналів більшої дальності для малопотужних пристроїв, таких як розумні прилади та інші програми Інтернету речей.

Попит на покращену продуктивність мережі Wi-Fi не зникне найближчим часом – якраз навпаки – тому на ринок з’являється новіша специфікація IEEE. Це називається бездротова сокира, і він використовує певну цифрову спритність рук для збільшення пропускної здатності. Він подвоює ширину кожного доступного бездротового каналу і дозволяє сигналам використовувати лише ті частини кожного каналу, які йому потрібні, що робить всю систему більш ефективною. Він пропонує до у чотири рази більший діапазон і в шість разів продуктивність бездротового змінного струму, принаймні теоретично, і, що важливо для IoT, підтримує багато інших пристроїв одночасно.

Хоча специфікації, що використовуються для Wi-Fi, визначені інженерами IEEE, сам термін «Wi-Fi» і логотип Wi-Fi належать консорціуму виробників, відомих як Wi-Fi Alliance. Інженери можуть бути дуже раді ідентифікувати стандарти за допомогою букв і цифр, але виробники та їхні маркетингові відділи люблять робити речі простими та запам’ятовуваними. Ось чому Wi-Fi Alliance оголосив про новий брендинг, перейменування Wireless n на Wireless 4, ac як Wireless 5 і axe на Wireless 6. Така система нумерації використовується для всього, від мобільних телефонів до франшиз фільмів, тому споживачам буде легше запам’ятати.

Не всі бездротові протоколи призначені для покриття великих територій або забезпечення широкого діапазону комунікаційних можливостей. Одними з найкорисніших є стандарти короткого дії призначений для того, щоб допомогти малопотужним пристроям взаємодіяти один з одним. Це може вплинути на те, як ви взаємодієте з комп’ютером, телефоном чи іншими пристроями, або як пристрої безпосередньо спілкуються один з одним.

Деякі з найпростіших форм бездротової технології, включаючи стандартну бездротову мишу та клавіатуру, взагалі не використовують офіційний бездротовий протокол. Натомість вони передають безпосередньо через попередньо встановлену радіочастоту. Старі пристрої використовують частоту 27 МГц, яка також використовується для радіокерованих іграшок. Він має низький діапазон, але ідеально підходить для пристроїв, які мають спільний стіл. Нові версії використовують діапазон 2,4 ГГц і можуть використовуватися на віддалі, що чудово, якщо ви сидите далеко від гігантського монітора.

Для роботи радіочастотним пристроям потрібен власний приймач, а Bluetooth ні, тому Технологія Bluetooth є більш універсальним. Bluetooth заснований на іншій бездротовій специфікації IEEE, 802.15.1, яка описана як для персональні мережі. Персональні мережі призначені для замініть дроти та кабелі всередині та навколо однієї людини чи робочого місця. Bluetooth — це технологія, яка використовується в цьому типі мережі, оскільки вона надійно підключається, споживає відносно мало енергії та може підтримувати до восьми пристроїв одночасно.

Bluetooth з’єднує пристрої в діапазоні 2,4 ГГц. Коли пристрої вперше підключені або парні через Bluetooth вони створюють унікальний код безпеки як свого роду таємне рукостискання між ними. Після того, як вони об’єднані в пару, вони відновлюйте підключення автоматично в майбутньому і не вимагають додаткового налаштування. Пропускна здатність даних Bluetooth відносно низька, тому в основному використовується для пристроїв введення та виведення, таких як миші та клавіатури, колонки, мікрофони та гарнітури.

Низьке споживання енергії завжди було частиною специфікації Bluetooth, тому що бездротові пристрої живиться від батареї за необхідності, але навіть стандартний Bluetooth для деяких споживає занадто багато заряду акумулятора додатків. Переглянута версія, Bluetooth Low Energy або BLE, обслуговує цей сегмент ринку, зменшуючи пропускну здатність і діапазон до зменшити споживання енергії. Наприклад, він часто використовується у браслетах для фітнесу та розумних годинниках, а також має потенціал для використання з пристроями IoT.

Зв'язок ближнього поля, або NFC, є найкоротшим діапазоном з усіх бездротових протоколів. Він діє на відстані всього кілька дюймів, використовуючи мікросхеми дуже малої потужності. Ви знаєте це як технологію, яка використовується в додатках для оплати дотиком для вашого телефону, зокрема Apple Pay, Google Pay і Samsung Pay. Він також широко використовується в картках ключів безпеки та подібних програмах.

Інші бездротові протоколи з’являються, щоб задовольнити потреби окремих розумних пристроїв і Інтернету речей разом. Вони самі по собі не орієнтовані на споживача, хоча продукти, які вони дозволяють, безумовно, є такими. Деякі з найбільш відомих включають:

• Тема: Цей бездротовий протокол став частиною портфоліо Google, коли компанія придбала лідера домашньої автоматизації Nest. Заснований на бездротовому стандарті IEEE 802.15.4, він використовується в детекторах диму та пристроях автоматизації Nest. Інші постачальники можуть вибрати використання Thread, якщо вони хочуть бути сумісними з продуктами в екосистемі Nest.
  
• Zigbee і Zigbee Pro: Zigbee і Zigbee Pro працюють у діапазонах 2,4 ГГц і 900 МГц і потенційно можуть підтримувати тисячі пристроїв одночасно на будь-якому сайті. На відміну від Thread, Zigbee підтримується консорціумом із сотень виробників.
  
• ZWave і ZWave Plus: Іншим важливим протоколом для використання Інтернету речей є ZWave, який схожий на Zigbee, але розроблений, щоб бути простішим і менш дорогим у реалізації. Він працює в діапазонах 800 і 900 МГц, які пропонують хороший діапазон і менше перешкод, ніж діапазон 2,4 ГГц. Він був створений датською компанією Zensys, але зараз має широку підтримку з боку виробників.
• MQTT: Транспортування телеметрії черги повідомлень розроблено для пристроїв з низьким енергоспоживанням і низькою пропускною здатністю, наприклад відносно «тупі» датчики, яким не потрібна пропускна здатність даних, необхідна для інтерактивного «розумного» Інтернету речей пристроїв.