Tipi di protocolli wireless

I segnali wireless sono una delle opzioni di comunicazione più utilizzate, dalle stazioni TV e radio locali preferite al telefono cellulare. Alcune delle tecnologie wireless più importanti, quelle che gestiscono la tua Internet domestica e il numero crescente di dispositivi intelligenti sull'Internet delle cose o IoT sono regolate da una gamma di protocolli wireless. A seconda del loro utilizzo, la loro autonomia potrebbe essere fino a diverse miglia o fino a pochi centimetri .

Opzioni Internet ad ampia area

Se non vivi in ​​un'area servita da provider Internet convenzionali, le tue opzioni tradizionalmente sono state limitate a dial-up o satellite, nessuno dei quali è particolarmente adatto a contenuti Internet moderni e ricchi. La tecnologia wireless può colmare questa lacuna in diversi modi, fornendo servizi dove altrimenti non sarebbero disponibili.

Servizio a domicilio tramite LTE

Nelle aree in cui Internet via cavo e fibra non sono economici, lo stesso LTE la tecnologia che fornisce copertura Internet sul tuo cellulare può essere sfruttata per fornire Internet wireless anche agli utenti domestici. Può essere consegnato sulla rete cellulare esistente dai principali vettori o da fornitori di servizi indipendenti che scelgono di installare le proprie torri. Le velocità variano a seconda dei provider, con l'attuale tecnologia di 4a generazione, 4G , offrendo velocità fino a un rispettabile 100 Mbps , mentre il prossimo 5G la tecnologia potrebbe teoricamente raggiungere i 10 Gbps .

Internet Line-of-Sight

Servizi Internet a vista usa quella che si riduce a una versione ad alta potenza del Wi-Fi convenzionale, che trasferisce il segnale da un punto all'altro utilizzando antenne altamente direzionali . Poiché trasmette i suoi segnali a un punto ben focalizzato, è meno probabile che questo tipo di servizio interferisca con altri dispositivi e può utilizzare un segnale di potenza maggiore che altrimenti sarebbe illegale secondo le normative FCC. Le velocità sono in genere fino a 25 Mbps, che è accettabile per la maggior parte degli usi se non l'ideale.

Internet per dispositivi su aree estese

Con l'ascesa dell'Internet delle cose e della sua orda di dispositivi intelligenti e semi-intelligenti, c'è anche bisogno di una tecnologia wireless in grado di funzionare con un numero enorme di dispositivi a bassa potenza su grandi aree urbane e suburbane. La tecnologia LTE può funzionare anche per quelli, sebbene il suo consumo energetico sia relativamente elevato. Una tecnologia competitiva è il protocollo per reti geografiche a lungo raggio o LoRaWAN con un'autonomia di un paio di miglia in contesti urbani e fino a tre volte quella nelle aree suburbane meno dense.

IEEE e il protocollo Wi-Fi

Come molte cose elettriche, la tecnologia wireless che usi in casa si basa su specifiche di progettazione stabilite dall'Institute of Electrical and Electronic Engineers o IEEE. In questo caso, la specifica effettiva è denominata 802.11, ed è stato aggiornato nel corso degli anni per riflettere - e incoraggiare - miglioramenti nella tecnologia. Tali modifiche sono descritte aggiungendo lettere, come g , n o ac dopo il numero. Per comodità, queste variazioni nelle specifiche sono denominate wireless g , senza fili n , AC wireless e così via.

Una guida rapida alle reti wireless

Il Wi-Fi di casa è noto correttamente come rete locale wireless o WLAN, ma la maggior parte delle persone lo chiama semplicemente Wi-Fi e lo lascia così. Una rete Wi-Fi ruota attorno a un dispositivo di rete centrale, chiamato punto di accesso, che fornisce comunicazioni bidirezionali con ogni dispositivo collegato alla rete. Ciascun dispositivo, a sua volta, deve disporre di una scheda di interfaccia di rete wireless, o NIC, per comunicare con il punto di accesso. I protocolli wireless che utilizzano variano ampiamente in termini di portata e prestazioni e stanno migliorando con ogni generazione.

Banda da 2,4 GHz e banda da 5 GHz

La maggior parte delle comunicazioni Wi-Fi avviene in due distinte bande di frequenze radio, la banda a 2,4 GHz e la banda a 5 GHz. Queste bande sono minimamente regolate e vengono utilizzate per una varietà di dispositivi di consumo, dai baby monitor ai telefoni cordless. Sono bravi in ​​cose diverse. Le frequenze nella banda a 5 GHz possono trasportare più dati più rapidamente, ma quelle nella banda a 2,4 GHz hanno una portata più lunga e sono più brave a superare i muri. Storicamente, 2,4 GHz sono stati utilizzati in più dispositivi, ma ciò significa che le frequenze a 2,4 GHz sono più affollate e soggette a interferenze .

Wi-Fi iniziale con Wireless A e B

Le prime versioni della specifica Wi-Fi 802.11 per raggiungere il mercato erano wireless a e b , che sono stati standardizzati alla fine degli anni '90 e sono diventati prodotti reali all'inizio degli anni 2000. Ognuno usava una banda diversa. Wireless b utilizzava la banda a 2,4 GHz ed era in grado di connettersi in rete a velocità fino a 11 megabit al secondo e una portata fino a 150 piedi. Senza fili a utilizzava la banda a 5 GHz e aveva un throughput fino a 54 Mbps, ma la sua portata era di soli 25-75 piedi. B wireless gamma migliore e costo relativamente basso lo ha reso il più popolare dei due.

Wi-Fi mainstream con Wireless G

Il primo protocollo Wi-Fi ad avere un ampio successo nel mercato consumer è stato 802.11g o sistema wireless . Utilizzava la stessa banda a 2,4 GHz di wireless b , quindi era compatibile con le apparecchiature più vecchie che utilizzavano quello standard, ma a 54 Mbps ora offriva prestazioni paragonabili alle reti wireless. Questo era abbastanza buono per la maggior parte degli utenti domestici e il wireless g era estremamente popolare nel primo decennio degli anni 2000.

Prestazioni migliorate con Wireless N

Poiché il Wi-Fi è diventato più utile e popolare, gli utenti avevano bisogno di prestazioni migliori per gestire lo streaming video e altre applicazioni impegnative. 802.11n la specifica, arrivata nel 2009, ha affrontato questo problema con alcune importanti modifiche tecniche, principalmente incentrate su antenne a più ingressi e uscite multiple o MIMO , che consentiva velocità fino a 300 Mbps. Offre inoltre il channel bonding, la possibilità di utilizzare canali separati per il traffico upstream e downstream, che ha aumentato il potenziale throughput – almeno in teoria – a 600 Mbps . Utilizzava entrambe le frequenze 2,4 e 5 GHz, quindi era retrocompatibile con i dispositivi che utilizzavano wireless a , b e g .

Wireless AC aumenta la posta

La ac wireless la specifica, risalente al 2014, ha ulteriormente perfezionato tale tecnologia attraverso l'uso della tecnologia MIMO multiutente o MU-MIMO . Ciò fornisce velocità di base fino a 433 Mbps per canale e, con il channel bonding, è teoricamente possibile avere velocità di rete wireless anche nei gigabit o migliaia di Mbps. Ac senza fili di per sé opera esclusivamente nella banda 5 GHz, ma molti produttori includono senza fili n anche i circuiti per mantenere i router compatibili con wireless b , g e n .

Protocolli wireless per scopi speciali

Esistono un paio di protocolli 802.11 che non vengono utilizzati per reti Wi-Fi generiche, ma per comunicazioni specifiche da dispositivo a dispositivo . Annuncio wireless ad esempio, utilizza la banda a 60 GHz ed è davvero molto veloce – potenzialmente fino a 6,7 ​​GHz – ma entro un raggio di soli 10 o 11 piedi. È meglio utilizzato in situazioni che richiedono un throughput elevato tra dispositivi vicini l'uno all'altro. Ah senza fili , noto anche come Wi-Fi HaLow , utilizza la banda inferiore di 900 MHz per fornire una gamma estesa con un throughput limitato a un massimo di 347 Mbps. Ha lo scopo di fornire segnali a lungo raggio per dispositivi a bassa potenza come elettrodomestici intelligenti e altre applicazioni IoT.

Wireless AX è proprio dietro l'angolo

La richiesta di prestazioni di rete Wi-Fi migliorate non scomparirà presto, al contrario, quindi c'è una nuova specifica IEEE in arrivo sul mercato. Si chiama ascia wireless e utilizza alcuni giochi di prestigio digitali per aumentare il throughput. Raddoppia la larghezza di ciascun canale wireless disponibile e consente ai segnali di utilizzare solo le porzioni di ciascun canale di cui ha bisogno, rendendo l'intero sistema più efficiente. Offre fino a quattro volte la portata e sei volte le prestazioni del wireless ac , almeno in teoria, e, importante per l'IoT, supporta molti più dispositivi contemporaneamente.

Un cambiamento nel branding Wi-Fi

Sebbene le specifiche utilizzate per il Wi-Fi siano definite dagli ingegneri dell'IEEE, il termine "Wi-Fi" stesso e il logo Wi-Fi sono di proprietà di un consorzio di produttori noto come Wi-Fi Alliance . Gli ingegneri possono essere perfettamente felici di identificare gli standard con lettere e numeri, ma i produttori e i loro dipartimenti di marketing amano mantenere le cose semplici e memorabili. Ecco perché la Wi-Fi Alliance ha annunciato un nuovo marchio, rinominando wireless n Wireless 4, ac Wireless 5 e ax Wireless 6 . Questo tipo di sistema di numerazione viene utilizzato per qualsiasi cosa, dai cellulari ai franchise cinematografici, quindi dovrebbe essere più facile da ricordare per i consumatori.

Protocolli wireless orientati al dispositivo

Non tutti i protocolli wireless sono pensati per coprire grandi aree o per fornire capacità di comunicazione ad ampio raggio. Alcuni dei più utili sono gli standard a corto raggio pensato per aiutare i dispositivi a bassa potenza a interagire tra loro. Questi potrebbero influenzare il modo in cui interagisci con un computer, un telefono o altri dispositivi o il modo in cui i dispositivi comunicano direttamente tra loro.

Comunicazioni dirette a radiofrequenza

Alcune delle forme più semplici di tecnologia wireless, inclusi un mouse e una tastiera wireless standard, non utilizzano affatto un protocollo wireless formale. Trasmettono invece direttamente su una frequenza radio preimpostata. I dispositivi più vecchi utilizzano la frequenza 27 MHz, utilizzata anche per i giocattoli radiocomandati. Ha una portata scarsa ma va perfettamente bene per i dispositivi che condividono una scrivania. Le versioni più recenti utilizzano la banda a 2,4 GHz e possono essere utilizzate più lontano, il che è fantastico se sei seduto ben lontano da un monitor gigante.

Bluetooth è più versatile

I dispositivi RF hanno bisogno del proprio ricevitore per funzionare, ma il Bluetooth no, motivo per cui Tecnologia Bluetooth è più versatile. Bluetooth si basa su un'altra specifica wireless IEEE, 802.15.1, che è descritta come per reti personali . Le reti personali hanno lo scopo di sostituire fili e cavi all'interno e intorno a una singola persona o spazio di lavoro . Il Bluetooth è una tecnologia utilizzata in questo tipo di rete perché si connette in modo affidabile, consuma relativamente poca energia e può supportare fino a otto dispositivi contemporaneamente.

Come funziona il Bluetooth

Il Bluetooth connette i dispositivi su una porzione della banda a 2,4 GHz. Quando i dispositivi vengono collegati o accoppiati per la prima volta tramite Bluetooth, creano un codice di sicurezza univoco come una sorta di stretta di mano segreta tra di loro. Dopo essere stati accoppiati, si riconnettono automaticamente in futuro e non richiedono alcuna configurazione aggiuntiva. Il throughput dei dati Bluetooth è relativamente basso, quindi viene utilizzato principalmente per dispositivi di input e output come mouse e tastiere, altoparlanti, microfoni e cuffie.

Bluetooth a basso consumo energetico

Il basso consumo energetico è sempre stato parte delle specifiche Bluetooth perché i dispositivi cordless funzionano a batteria per necessità, ma anche il Bluetooth standard utilizza troppa carica della batteria per alcune applicazioni. Una versione rivista, Bluetooth Low Energy o BLE , si rivolge a quel segmento di mercato tagliando la larghezza di banda e la portata per ridurre il consumo di energia . Viene spesso utilizzato in cinturini per il fitness e smartwatch, ad esempio, e può essere utilizzato anche con i dispositivi IoT.

Comunicazioni Near-Field

Comunicazioni sul campo o NFC , è il più corto raggio di tutti i protocolli wireless. Funziona su una distanza di pochi centimetri , utilizzando chip a bassissima potenza. La conosci come la tecnologia utilizzata nelle app tap-to-pay per il tuo telefono, inclusi Apple Pay, Google Pay e Samsung Pay. È anche ampiamente utilizzato nelle chiavi di sicurezza e in applicazioni simili.

Protocolli wireless per l'IoT

Altri protocolli wireless stanno emergendo per soddisfare le esigenze dei singoli dispositivi intelligenti e dell'Internet delle cose collettivamente. Questi non sono orientati al consumatore in quanto tali, sebbene i prodotti che abilitano lo siano certamente. Alcuni di quelli più importanti includono:

• Filo: Questo protocollo wireless è entrato a far parte del portafoglio di Google quando ha acquistato Nest, leader della domotica. Basato sullo standard wireless 802.15.4 di IEEE, viene utilizzato nei rilevatori di fumo e nei dispositivi di automazione Nest. Altri fornitori possono scegliere di utilizzare Thread se desiderano essere compatibili con i prodotti nell'ecosistema Nest.
  
• Zigbee e Zigbee Pro: Zigbee e Zigbee Pro operano sulle bande 2,4 GHz e 900 MHz e possono potenzialmente supportare migliaia di dispositivi alla volta in un determinato sito. A differenza di Thread, Zigbee è supportato da un consorzio di centinaia di produttori.
  
• ZWave e ZWave Plus: Un altro protocollo importante per l'uso dell'IoT è ZWave, che è simile a Zigbee ma progettato per essere più semplice e meno costoso da implementare. Funziona sulle bande 800 e 900 MHz, che offrono una buona portata e meno interferenze rispetto alla banda 2,4 GHz. È stato creato dalla società danese Zensys ma ora ha un ampio supporto da parte dei produttori.
• MQTT: Message Queue Telemetry Transport è progettato per dispositivi a bassa potenza e velocità effettiva come sensori relativamente "stupidi", che non necessitano del tipo di velocità effettiva dei dati richiesta per i dispositivi IoT "intelligenti" interattivi.