Взгляд на пять протоколов IEEE: достоинства и недостатки

Разные типы беспроводных технологий и сетей позволяют устройствам взаимодействовать друг с другом и в сети TCP/ IP без проводов. Существует множество различных беспроводных технологий, которые могут быть реализованы в аппаратных продуктах для Интернета вещей (IoT) и межмашинного взаимодействия.

В Институте инженеров электротехники и электроники (IEEE) работают семь целевых групп по направлению технологий стандарта 802.15. Они устанавливают стандарты для общих типов беспроводных технологий, используемых для персональных сетей.

Эти целевые группы включают в себя: WPAN/Bluetooth, разрешение конфликтов, высокоскоростные WPAN, низкоскоростные WPAN, mesh-сети, технологии мониторинга показателей тела человека и связь с помощью видимого света.

Каждый протокол IEEE имеет свои собственные преимущества и ограничения. Перспективные разработки расширяют варианты использования.

IEEE 802.15.4: что такое ZigBee?

ZigBee, беспроводная технология и группа LPWAN-технологий, представляет открытый глобальный стандарт, разработанный специально для использования в M2M-сетях.

Технология недорога для запуска и не требует больших мощностей. Это делает ZigBee идеальным решением для многих промышленных приложений. ZigBee имеет низкую задержку и малое энергопотребление, что позволяет продуктам работать от одной батареи несколько лет без подзарядки. Протокол ZigBee предлагает 128-битное AES-шифрование. Эта технология также используется в Mesh-сетях, которые позволяют узлам соединяться друг с другом посредством нескольких маршрутов.

Ожидается, что ZigBee будет реализована в устройствах для умного дома. Возможности одновременно соединять несколько различных «вещей» делает ее идеальной для подключенной домашней среды. Пользователи могут подключить такие предметы, как умные замки, источники света, термостаты. Эти «вещи» смогут взаимодействовать друг с другом.

Недавно ZigBee Alliance стандартизировал технологию Zigbee PRO 2017, надеясь расширить возможности connectivity. Однако пока устройства ZigBee не способны полноценно взаимодействовать между собой. В дальнейшем планируется, что стандартизация исправит эту проблему, а девайсы смогут работать в едином пространстве. Диапазон частот также ограничивает возможности этой технологии. 

IEEE 802.11: Wi-Fi

Технология Wi-Fi использует радиоволны (radio frequency, RF), чтобы обеспечить взаимодействие двух устройств друг с другом. Чаще всего Wi-Fi используется для подключения интернет-маршрутизаторов к компьютерам, планшетам и телефонам.

Однако эту технологию можно применять для соединения любых других двух аппаратных компонентов. Wi-Fi - это локальная беспроводная сеть, которая работает по стандартам 802.11, установленным IEEE.

Wi-Fi может использовать как глобальные диапазоны радиочастот UHF 2,4 ГГц, так и 5 ГГц диапазонов SHF ISM. Альянс Wi-Fi сертифицирует некоторые продукты, позволяя наносить на них маркировочное обозначение «сертифицирован Wi-Fi». Чтобы получить это обозначение, продукт должен пройти сертификационное тестирование совместимости, которые проводят эксперты Альянса Wi-Fi.

Стандарты 802.11b, 802.11g и 802.11n также функционируют в ISM-диапазоне 2,4 ГГц. Этот диапазон подвержен помехам от некоторых Bluetooth-устройств, микроволновок и беспроводных телефонов.

Устройства, работающие на любом из двух диапазонов, могут поставляться на рынок США без лицензии FCC (Федеральная комиссия по связи, Federal Communications Commission), но все еще требуют сертификации в соответствии с частью 15 «Электронного кодекса федеральных правил FCC». Первые шесть каналов частот каждого из них считаются частью любительского радиодиапазона.

EEE 802.15.1: Bluetooth и BLE

Bluetooth и Bluetooth Low Energy (BLE, Bluetooth Smart) - это беспроводные технологии, используемые для передачи данных на короткие расстояния. Они часто задействуются в небольших устройствах, которые подключаются к телефонам и планшетам пользователей. Например, технология используется во многих акустических системах.

Bluetooth Low Energy использует меньше энергии, чем стандартный Bluetooth. Поддержкой BLE оснащают фитнес-трекеры, смарт-часы и другие подключенные устройства с тем, чтобы заряд аккумулятора расходовался более экономно.

Применение BLE массово только началось. Первоначально эта технология была представлена компанией Nokia в 2006 году. Однако до 2010 года она являлась неотъемлемой частью стандарта Bluetooth. Сегодня BLE поддерживается большинством производителей смартфонов и компьютеров, а также основными операционными системами (Windows 8, OS X, Linux, Windows Phone, Android и iOS).

Bluetooth использует радиоволны высокочастотного электромагнитного поля для передачи данных. Первоначально эта технология была стандартизирована как 802.15.1, но IEEE больше не поддерживает этот отдельный стандарт.

Компании, работающие с Bluetooth, часто связаны с группой Bluetooth Special Interest (SIG). В настоящее время группа насчитывает более 20 тыс. участников. SIG должна сертифицировать продукт с Bluetooth, прежде чем его можно будет поставлять на рынок. Эта процедура помогает гарантировать, что все устройства Bluetooth проходят стадию нормативного регулирования и обеспечивают одинаковый уровень защищенности и безопасности.

IEEE 802.16: WiMax

WiMax - это международная технология функциональной совместимости для микроволнового доступа. Она позволяет передавать данные со скоростью от 30 до 40 мегабит в секунду. Термин конкретно относится к возможности взаимодействия и реализации внутри стандарта IEEE 802.16.

Эта технология для беспроводной передачи данных своим клиентам когда-то использовалась несколькими операторами мобильной связи, в частности Sprint. Затем эти операторы отказались от WiMax и перешли на использование более быстрых LTE 4G-сетей для передачи данных.

WiMax Forum сертифицирует устройства перед поставками частным и корпоративным пользователям. Технология работает лучше, если связь организована вне помещений.