Бездротові мережі швидко увійшли в наше життя і кардинально змінили спосіб передачі даних. У цій статті ми розберемося, що є сучасними бездротовими технологіями, які переваги вони дають і як можна використовувати ці знання в повсякденному житті.

Історія розвитку бездротових мереж

Перші досліди з бездротової передачі даних почали проводитися ще в 19 столітті після відкриття радіохвиль. Вчені експериментували з передачі сигналів на короткі відстані без проводів. Однак тільки з появою радіо на початку 20 століття з'явилася можливість передавати інформацію на великі відстані за допомогою радіохвиль.

Перші радіостанції використовувалися переважно передачі голосових повідомлень, але згодом почали передавати і закодовані цифрові дані. Так зародились перші досліди бездротових комп'ютерних мереж.

У 1990-х роках було розроблено перші стандарти бездротової передачі даних Wi-Fi, засновані на радіохвилях. Це дозволило створювати локальні мережі без використання кабелів.

Паралельно з Wi-Fi активно розвивалися стільникові мережі, які також могли використовуватися передачі даних за допомогою технологій GPRS і EDGE. З появою 3G та 4G інтернету мобільні пристрої отримали високошвидкісний доступ до Інтернету за допомогою мобільних мереж.

Принцип роботи бездротових мереж

В основі бездротової передачі даних лежить використання радіохвиль. На відміну від провідних мереж, де для передачі інформації використовуються кабелі, у бездротових мережах дані кодуються та модулюються в радіосигнал, який передається повітрям.

Для організації бездротової мережі використовуються спеціальні пристрої:

• Бездротові маршрутизатори (роутери)
• Точки доступу
• Адаптери та модулі для пристроїв

Вони передають дані один одному за певними протоколами, такими як Wi-Fi (стандарт 802.11), Bluetooth, Zigbee та ін. Кожен протокол працює у своєму діапазоні частот і має певну швидкість передачі даних.

У порівнянні з провідними мережами, бездротові мають більшу мобільність, тому що не вимагають з'єднання кабелями. Однак вони більш схильні до перешкод, дають меншу швидкість і мають обмежену зону покриття.

Типи бездротових мереж

Існує кілька типів бездротових мереж, які відрізняються за масштабом та швидкістю передачі даних:

1. WPAN (Wireless Personal Area Network) – персональна бездротова мережа. Використовується для зв'язку пристроїв на відстані до 10 метрів.
2. WLAN (Wireless Local Area Network) – локальна бездротова мережа. Працює в межах однієї будівлі або території.
3. WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) – міська бездротова мережа. Забезпечує покриття у масштабі міста.
4. WWAN (Wireless Wide Area Network) – бездротова глобальна мережа. Забезпечує покриття в масштабах країни або регіону.

Кожен тип мережі оптимізований для конкретних завдань та сценаріїв використання. Наприклад, Wi-Fi добре підходить для офісів та квартир, а стільниковий зв'язок дає можливість виходу в інтернет у будь-якій точці країни.

Популярні стандарти бездротового зв'язку

Розглянемо докладніше найпоширеніші нині бездротові технології.

Wi-Fi

Wi-Fi (стандарт 802.11) є найпопулярнішою технологією бездротового зв'язку на короткі відстані. Він дозволяє легко створювати домашні та офісні мережі. Існує кілька модифікацій цього стандарту:

• 802.11b – до 11 Мбіт/с, діє на відстані до 35 метрів у приміщенні
• 802.11g – до 54 Мбіт/с, дальність дії до 45 метрів
• 802.11n – до 150 Мбіт/с, працює на відстані до 70 метрів
• 802.11ac – до 1 Гбіт/с, має радіус дії до 35 метрів

Перевагами Wi-Fi є висока швидкість та простота розгортання мережі. До недоліків можна віднести невелику зону покриття і схильність до перешкод.

Bluetooth

Bluetooth використовується для зв'язку на надкороткі відстані та об'єднання різних пристроїв у єдину мережу. Максимальна швидкість передачі становить до 3 Мбіт/с з відривом до 10 метрів.

Bluetooth широко використовується для підключення бездротових навушників, колонок, клавіатур та інших периферійних пристроїв до смартфонів та комп'ютерів.

Стільниковий зв'язок 3G/4G

Стільникові мережі забезпечують високошвидкісний мобільний доступ до Інтернету в масштабах усієї країни. Мережі 3G забезпечують швидкість до 42 Мбіт/с, а 4G – до 150 Мбіт/с.

Стільникові мережі широко використовуються для роботи з мобільними пристроями – смартфонами, планшетами, ноутбуками. Однак для стаціонарних пристроїв вони менш зручні через високу вартість трафіку.

Таким чином, кожна технологія бездротового зв'язку має свої переваги і недоліки. Вибір певного стандарту залежить від конкретних потреб та сценаріїв використання.

Безпека бездротових мереж

Хоча бездротові мережі мають більшу зручність і мобільність, вони не позбавлені проблем з безпекою.На відміну від провідних мереж, де дані передаються захищеним кабелем, у бездротових мережах інформація поширюється по відкритому радіоканалу. Це робить її вразливою для перехоплення та атак зловмисників.

Для забезпечення безпеки Wi-Fi мереж використовуються спеціальні протоколи шифрування трафіку:

• WEP – застарілий небезпечний протокол
• WPA – протокол з покращеним шифруванням
• WPA2 – сучасний захищений протокол

Рекомендовано використовувати лише WPA2 для налаштування домашнього Wi-Fi роутера. Також важливо встановити надійний пароль доступу до мережі.

При використанні публічного Wi-Fi у кафе чи аеропорту потрібно бути особливо обережним. Не рекомендується передавати по ньому конфіденційні дані, оскільки зламування таких мереж простіше здійснити.

Перспективи розвитку бездротових технологій

Бездротові технології не стоять дома і продовжують стрімко розвиватися. Найближчими роками очікується:

• Повсюдне впровадження мереж 5G із гігабітними швидкостями
• Перехід до 6G зв'язку зі швидкістю в терабіти за секунду
• Розширення можливостей Wi-Fi 6 та Wi-Fi 7
• Підключення до інтернету мільярдів пристроїв у рамках IoT
• Розвиток технологій доповненої реальності

Все це відкриває фантастичні перспективи для розвитку телекомунікацій, робототехніки, медицини, освіти та інших галузей. Бездротові технології відіграватимуть ключову роль у побудові цифрового суспільства майбутнього.

Рекомендації щодо вибору та використання

Отже, як правильно підібрати і налаштувати бездротову мережу для своїх потреб? Ось кілька корисних порад:

• Визначте потрібний тип мережі – Wi-Fi, Bluetooth, стільниковий зв'язок – виходячи із завдань
• Вибирайте сучасні стандарти (802.11ac, Bluetooth 5.0 тощо)
• Встановлюйте потужний маршрутизатор та точки доступу з гарним покриттям
• Завжди вмикайте шифрування WPA2 та встановлюйте складні паролі
• Регулярно оновлюйте прошивку роутерів та перевіряйте налаштування безпеки

Дотримуючись цих простих порад, ви зможете максимально ефективно використовувати всі переваги сучасних бездротових технологій.

Часті проблеми та способи їх вирішення

Під час використання бездротових мереж можуть виникати деякі типові проблеми.

• Слабкий сигнал Wi-Fi – встановіть додаткові точки доступу, використовуйте підсилювачі сигналу, поміняйте розташування антени
• Низька швидкість інтернету – перевірте налаштування роутера, оновіть прошивку, виберіть потрібний тариф від провайдера
• Втрата з'єднання Bluetooth – зменшіть відстань між пристроями, усуньте радіоперешкоди, замініть батарейки в гарнітурі

Знання причин тупичних неполадок та способів їх вирішення допоможе швидко відновити роботу бездротової мережі та уникнути тривалих простоїв.

Таким чином, ми розглянули історію появи та принципи роботи сучасних бездротових технологій. рішень. Ці знання допоможуть зробити правильний вибір обладнання та максимально ефективно використовувати усі можливості бездротового зв'язку у повсякденному житті.

Бездротові системи зв'язку забезпечують передачу інформації між двома та більше точками без використання кабелів, інших типів дротів.

Існує кілька груп таких мереж, кожна з яких включає певні типи.

Персональні бездротові мережі

Сполучають між собою різні пристрої, засоби зв'язку, а також здійснюють їхню комутацію з мережами вищого рівня. Радіус дії становить від декількох десятків сантиметрів до декількох метрів.

Бездротові персональні мережі включають:

IrDA – Infrared Data Association

Протоколи передачі інформації по оптичній лінії зв'язку із застосуванням світлових хвиль, що мають інфрачервоний діапазон (ІК-порт). Використовуються в пультах керування. обчислювальної техніки.

Bluetooth

Специфікація персональних бездротових мереж, що мають малий радіус дії (до 200 метрів), у вільному від ліцензування частотному діапазоні. елементами однієї і тієї ж мережі, синхронно перемикаючи робочі частоти. Для іншої пари прийомопередаючих пристроїв послідовність перемикання буде іншою.

UWB – Ultra-Wide Band

Застосовується для малих відстаней (близько 10 метрів).UWB використовує найширший частотний діапазон для комерційних пристроїв зв'язку, що дозволяє досягти високих передавальних швидкостей, які, однак, швидко зменшуються зі збільшенням дальності.

Wireless USB

USB бездротового типу замінює провідний, забезпечуючи взаємодію персонального комп'ютера з обладнанням, що знаходиться на периферії, а також обмін даними з високою швидкістю на дуже малих відстанях. Функціонує зі швидкістю до 180 мегабіт/сек на відстані до 10 метрів.

Wireless HD

Призначена для передачі відео формату HD, але використовується і для організації бездротового зв'язку. Теоретична пропускна здатність становить максимально 28 Гбіт/сек з відривом до 10 метрів. Вимагає прямої видимості між приймальними пристроями.

WiGig

Функціонує у неліцензованій частотній смузі 60 ГГц, передача даних здійснюється зі швидкістю до 7 Гбіт/сек з відривом до 10 метрів. Технологія зворотно сумісна з Wi-Fi, використовує вузькоспрямовану трансляцію сигналу в зоні прямої видимості між пристроями прийому та передачі, а за її відсутності передбачає можливість трансляції даних на знижених (2.4 і 5 ГГц) частотах.

WHDi – Wireless Home Digital Interface (Amimon)

Спрямована на високошвидкісну передачу даних та оптимізована для трансляції відео, що має високу роздільну здатність. Частотний діапазон, що використовується, становить 5 ГГц, що дає швидкість 3 Гбіт/сек. Спеціалізована технологія «video‑modem», що забезпечує кодування, гарантує захист від перешкод і помилок передачі даних, а отже високу якість відео.

LibertyLink

Здійснюється за допомогою ефекту магнітної індукції.Магнітне поле, створене за рахунок використання зсуву Гауса, створюється навколо пристрою, що перебуває в магнітному полі, чутливий до його модуляцій, внаслідок яких з'являється наведений струм. відстань до 3 метрів.

DECT-GAP

Дані передаються за допомогою декількох несучих і множинного доступу, що має поділ за часом. та передачі (12 слотів) даних. Використання DECT-GAP забезпечує якісну голосову. передачу, високу схибленість, захист від прослуховування, безпеку при низькому рівні випромінювання.

Бездротові сенсорні мережі

Представлені безліччю датчиків, виконавчих пристроїв, з'єднаних між собою через радіоканал.

DASH7

Функціонує з частотою 433 МГц діапазону, що не ліцензується. При трансляції даних на відстань до 2 км швидкість досягає 200 Кб/сек.

Z-Wave

Призначений для керування різними пристроями, що відповідають за освітлення, опалення в різних типах приміщень. , а при виникненні перешкод сигнал також буде автоматично передано альтернативним шляхом (через інші вузли).

Insteon

Комбінована мережа (частково бездротова, частково провідна), яка для трансляції даних використовує радіосигнал 902-924 МГц, передаючи сигнал на відстань до 45 метрів зі швидкістю 180 біт/сек в умовах прямої видимості. Дротовою частиною виступає електропроводка будівлі. Комбінована мережа гарантує високу схибленість, надійність.

EnOcean

Заснована на застосуванні надмініатюрних датчиків, оснащених генераторами енергії, приймачами, мікроконтролерами, що забезпечує автономність, тривалість роботи. Швидкість передачі становить 120 Кбіт/сек, відстань — до 300 метрів за прямої видимості (у приміщеннях — менше). Кожен мережевий елемент має власний номер ідентифікації та протокол обміну, що виключає перешкоди між сусідніми датчиками. Такий підхід дозволяє встановлювати поблизу один від одного до 4 млрд. пристроїв без двосторонньої інтерференції.

ISA100.11a

Передача даних здійснюється за допомогою низькошвидкісного бездротового зв'язку із застосуванням елементів, що мають низьке енергоспоживання. Технологія ISA100.11a орієнтована промислове застосування, здатна до емуляції протоколів вже існуючих, перевірених сенсорних мереж власними засобами. Обмін інформацією відбувається на частоті 2.4 ГГц зі швидкістю близько 250 Кбіт/⁠сек.

WirelessHART

Протокол бездротового обміну інформацією для взаємодії з польовими датчиками на базі набору простих команд типу «запит-відповідь», що розширюється, які передаються по другій провідній лінії в цифровому форматі. Трансляція здійснюється зі швидкістю до 200 Кбіт/сек за прямої видимості на відстань до 200 метрів із частотою 2.4 ГГц.

MiWi

Протокол, що має низьку швидкість передачі даних на малі відстані, створений для організації персональних бездротових мереж. Подібна MiWi-мережа може містити до 1024 вузлів під управлінням координаторів (до 8). Кожен із них може забезпечувати узгодження максимум 127 вузлів. Дані транслюються на частотах 2.4 ГГц із швидкістю, що не перевищує 250 Кб/сек.

6LoWPAN

Стандарт, який зв'язує малі бездротові мережі (наприклад, приватні) з IP-мережами за протоколом IPv6. Трансляція даних за 6LoWPAN-стандартом передбачає роботу на частотах субгігагерцевого діапазону, швидкість передачі становить 50-200 Кбіт/сек на дистанцію до 800 м-коду.

One-Net

Здійснює організацію мереж, що включають до 4096 вузлів, з декількома ретрансляторами, координаторами, які збільшують дальність трансляції даних, що становить до 100 метрів усередині приміщень і 500 – на відкритій місцевості при швидкості 28.4-230 Кбіт/сек.

Wavenis

Відрізняється низьким споживанням енергії приймальним обладнанням, що забезпечує тривалу автономну роботу (до 15 років), використовується для організації мереж датчиків, персональних мереж. Трансляція ведеться на частотах 433/915/868 мегагерц, відстань передачі складає до 1 км на відкритому просторі, максимум 200 метрів у приміщенні при швидкості, що не перевищує 100 Кбіт/сек.

RuBee

Застосовується як мережа датчиків для неспецифічних цілей, що потребують тривалої автономної роботи, захищеного надійного зв'язку. Дані передаються за допомогою 131 КГц-магнітних хвиль, що забезпечує швидкість трохи більше 1200 біт/сек дистанціях від 1 до 30 м.

Малі локальні бездротові мережі

HiperLAN – High Performance Radio LAN

Існує 2 типи стандарту: HiperLAN 1 і HiperLAN 2.Перший характеризує повільнішу лінію зв'язку, де швидкість передачі не перевищує 10 Мбіт/сек з відривом до 50 метрів. Другий тип використовує для трансляції широкосмуговий 5 ГГц-сигнал, що забезпечує швидкість 54 мегабіт/сек на відстані до 150 м.

Wi-Fi

Організує локальні бездротові мережі, забезпечує бездротове підключення до Інтернету. Залежно від стандарту діапазон робочих частот Wi-Fi становить 2.4 чи 5 ГГц, швидкість трансляції даних – від 2 мегабіт/сек на дистанції до 200 метрів.

Zigbee

Забезпечує мале енергоспоживання, передаючи дані на частоті, що не ліцензується, 2.4 ГГц (може відрізнятися для різних країн), зі швидкістю, що не перевищує 250 Кб/сек, максимальна відстань становить 75 метрів (пряма видимість). Підтримує як прості топології (зірка, точка-точка), і складні мережі з автоматичною маршрутизацією, ретрансляцією, дозволяють передавати інформацію між двома вузлами без прямої видимості з-поміж них (через ланцюжок інших мережевих вузлів).

RONJA – Reasonable Optical Near Joint Access

Передача даних через RONJA здійснюється через оптичний канал. Застосовується для створення повнодуплексних з'єднань, що відносяться до типу точка-точка за допомогою Ethernet зі швидкістю до 10 мегабіт/сек на відстань, що не перевищує 1.4 км (пряма видимість абонентів). Збої при передачі даних можуть виникати в поганих погодних умовах через падіння швидкості зв'язку.

Великі локальні бездротові мережі

WiMAX – Worldwide Interoperability for Microwave Access

Забезпечує високошвидкісний зв'язок на значних відстанях різних видів пристроїв, а також надає доступ до Інтернету.Передача даних здійснюється на частоті 1.5-11 гігагерц, зі швидкістю, що не перевищує 75 Мбіт/сек на відстань до 80 км. .

HiperMAN

Спеціалізація даної мережі – пакетна передача даних, створення бездротових IP-мереж. Має схожі з технологією WiMAX характеристики (швидкість, діапазон частот, дальність передачі даних).

WiBro – Wireless Broadband

Аналог WiMAX у Північній Кореї, що має максимальну пропускну спроможність центральних станцій 30-50 Мбіт/сек (дальність – 5 км) при переміщенні об'єкта зі швидкістю, що не перевищує 120 км/год, а також робочий діапазон 2.3-2.4 ГГц.

Classic WaveLAN

Бездротова альтернатива Token Ring, Ethernet.

Глобальні бездротові мережі

Охоплюють значні відстані — 1000 і більше кілометрів, поєднуючи країни, області, міста, райони.

NMT – Nordic Mobile Telephone

Забезпечує множинний доступ користувачів з розділенням по частоті. Відстань при цьому становить понад 70 км від головної станції.

AMPS – Advanced Mobile Phone System

Принцип дії аналогічний вищеописаному стандарту. Здійснюється підтримка 832 каналів.

TACS – Total Access Control System

Основу дії становить FSK – частотна модуляція. Загальна кількість каналів – 600, рознесення – 25 кілогерц.Для передачі від головної станції застосовувалася частотна смуга 935-950 МГц, для трансляції від користувача – 890-905 МГц. Радіус дії однієї центральної станції максимально складає 20 км.

Mobitex

Стандарт, що діє за допомогою комутації пакетів. Представлений стільниковою мережею, що використовується для передачі даних і голосу, включає базові станції, комутатори. 400, 800 або 900 мегагерц. мережі теоретично становить 8 кілобайт/сек, ефективна – нижче, на неї впливає завантаженість каналів зв'язку, довжина повідомлень тощо.

DataTAC

Низькошвидкісна бездротова технологія, побудована на основі комутації пакетів даних, що використовується для передачі останніх.

GSM – Global System for Mobile Communications

Популярний стандарт бездротового стільникового мобільного зв'язку. Передача даних ведеться в чотирьох частотних діапазонах: 450, 900, 1900, 1800 мегагерц, що залежить від виду телефону і регіону використання. інформацію через одну з основних станцій, яка здійснює ретрансляцію даних через мережу головних станцій до іншого користувача без розривів зв'язку.

TDMA – Time Division Multiple Access

Основу стандарту становить множинний доступ, що має поділ за часом: всі абоненти працюють в одному частотному діапазоні, але при цьому кожен має свій тимчасовий слот, всередині якого здійснюється мовлення. Збільшення числа активних користувачів призводить до зменшення пропускної спроможності каналу.

PDC – Personal Digital Cellular

Створений за схемою TDMA стандарт, який застосовувався лише в Японії до 2012 року, коли був повністю витіснений зв'язком третього покоління.

DAMPS

Цей стандарт, як і вищеописаний PDC, активно витіснявся перспективнішими мережами, що у 2012 році призвело до його відключення.

iDEN – integrated Digital Enhanced Network

Заснована на GSM-мережі технологія, яка не потребує додаткової апаратури, крім головних блоків керування. До базових мереж GSM додається додаткове програмне забезпечення. Стандарт відрізняється множинним доступом, що має поділ за часом. Трансляція відбувається у частотному діапазоні 806-825 або 851-870 мегагерц, нарізаним на 25 КГц-канали. Інформація передається інтервалами 90 м/сек. Таким чином, кілька користувачів можуть одночасно спілкуватися на одному (з його почерговим використанням) або різних частотних каналах. Їхня пропускна здатність досягає 64 Кбіт/сек. Передача голосу здійснюється за допомогою VSELP-алгоритму, що забезпечує якісний звуковий сигнал.

GPRS – General Packet Radio Service

Є надбудовою над GSM. Технологія збирає дані пакетів, а потім відправляє їх. При цьому максимум швидкості теоретично досягає 171,2 кілобіт/сек при середній 50-60 кілобіт/сек. GPRS використовується для передачі даних між пристроями мережі GSM, доступу до Інтернету.

EDGE — розширені дані rates для GSM Evolution

Використовується як надбудова для мереж GSM. Удосконалений адаптивний алгоритм зміни модуляційного підстроювання, а також додаткові алгоритми виправлення помилок контролю забезпечують високу швидкість, надійність передачі інформації, зменшують сприйнятливість до перешкод. Середня швидкість становить 75-130 Кбіт/сек, теоретична пікова сягає 474 Кбіт/сек (передача пакетів).

HC-SDMA – High Capacity Spatial Division Multiple Access (iBurst)

Принцип побудови схожий на GSM-мережі, швидкість трансляції становить максимально 1 Мбіт/сек для стаціонарних та мобільних об'єктів, які рухаються зі швидкістю, що не перевищує 110 км/год. "Розумна" антенна адаптивна система забезпечує ефективне поділ мережевих ресурсів між користувачами, збільшує швидкість передачі даних.

CDMA – Code Division Multiplie Access

Знаходиться між 2-м (2G) та 3-м поколінням (3G), носить назву 2.5G. Технологія використовує спосіб множинного доступу, що має кодовий поділ, що передбачає модуляцію сигналу вузькосмугового цифрової псевдовипадковою послідовністю. Результатом стає поява широкосмугового шумоподібного сигналу. Під час прийому останній демодулюється, стаючи вихідним вузькосмуговим. Подібний підхід дозволяє здійснювати радіозв'язок із кількома користувачами.

UMTS – Universal Mobile Telecommunications System

Працює за принципом множинного широкосмугового доступу, що має кодовий розподіл. Теоретична пікова швидкість максимально становить 21 мегабіт/сек, проте на практиці вона значно менша. Для трансляції інформації використовується два канали, що відрізняються шириною 5 мегагерц в діапазоні 1885-2025 мегагерц і 2110-2200 мегагерц.Перший застосовується для трансляції даних від користувача до головної станції, другий — від головної станції до користувача.

WCDMA — Wideband Code Division Multiple Access

Є широкосмуговим варіантом CDMA, що має фазову гібридну маніпуляцію. Максимальна швидкість стандарту становить 2 Мбіт/с (стаціонарні абоненти), 384 Кбіт/с (мобільні об'єкти, що рухаються з великою швидкістю). Для передачі інформації використовується дві частотні смуги шириною 5 МГц – одна приймає дані від базових станції, інша – передає.