Аналіз сучасних бездротових технологій передачі даних

На сьогоднішній день великий розвиток в області передачі даних отримали бездротові мережі. Це пояснюється зручністю їх використання, дешевизною і прийнятною пропускною здатністю. Виходячи з поточної динаміки розвитку, можна говорити про те, що за кількістю та поширеності бездротові мережі незабаром перевершать дротові технології.

Технологія бездротової передачі даних Wi-Fi

Стандарти бездротової технології передачі даних для Wi-Fi є досить заплутаними, а тому спочатку варто визначити термінологію.

Стандарт IEEE 802.11 є базовим стандартом для побудови бездротових локальних мереж (Wireless Local Network — WLAN). Стандарт IEEE 802.11[1] постійно вдосконалювався, а тому зараз існує сімейство, до якого відносять специфікації IEEE 802.11 з буквеними індексами а, b, c, d, e, g, h, i, j, k, I, m, n, o, p, q, r, s, u, v, w. Однак тільки п’ять з них (a, b, g, i та n) є основними й користуються найбільшою популярністю у виробників устаткування, інші ж являють собою доповнення, удосконалення або виправлення прийнятих специфікацій. На сьогоднішній день Wi-Fi сумісним є устаткування, побудоване по стандарту IEEE 802.11a, b і g (для забезпечення захищеного з'єднання також може використовуватися стандарт IEEE 802.11i ). Крім того, наявність на устаткуванні логотипа Wi-Fi означає, що робота устаткування здійснюється в діапазоні 2,4 Ггц або 5 Ггц. Отже, під Wi-Fi варто розуміти сумісність устаткування різних виробників, призначеного для побудови бездротових локальних мереж, з урахуванням викладених вище обмежень.

Таблиця 1. Основні характеристики стандартів IEEE 802.11а, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n.

Стандарт	IEEE 802.11a	IEEE 802.11b	IEEE 802.11g	IEEE 802.11n
Частотний діапазон, ГГц	5.15-5.25 5.67-5.85	2.4-2.483	2.4-2.483	2.4-2.483 5.15-5.25 5.67-5.85
Доступ до радіоканалу	CSMA-CA	CSMA-CA	CSMA-CA	CSMA-CA
Кількість абонентів на один канал	64	64	64	64
Максимальна швидкість обміну даними	54Мбіт/с	11 Мбіт/с	54 Мбіт/с	480 Мбіт/с
Метод модуляції	OFDM BPSK,	CCK	OFDM	BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM
Дальність дії в приміщенні	10-20	20-100	20-50	10-20

У табл. 1 наведені основні технічні характеристики стандартів IEEE 802.11a, b ,g і n. [1] Розроблювачі специфікації 802.11n подбали про те, щоб компоненти на її базі зберігали сумісність із пристроями стандарту 802.11b або 802.11g у діапазоні 2,4 Ггц та з пристроями 802.11a - у діапазоні 5 Ггц. У нових мережах 802.11n ще довгий час буде працювати безліч колишніх бездротових клієнтів, а тому при розгортанні бездротових ЛВМ (локальних високошвидкісних мереж) адміністраторові варто обов'язково передбачити їх підтримку.

Технологія Bluetooth

Технологія Bluetooth (стандарт IEEE 802.15[7]) стала першою технологією, що дозволяє організувати бездротову персональну мережу передачі даних (WPAN - Wireless Personal Network). Вона дозволяє здійснювати передачу даних і голосу по радіоканалу на невеликі відстані ( 10-100 м) у неліцензійному діапазоні частот 2,4 Ггц і з'єднувати ПК, мобільні телефони й інші пристрої при відсутності прямої видимості.

Технологія Bluetooth підтримує як з'єднання типу «точка - точка», так і «точка – декілька точок».

Відомо, що Bluetooth і Wi-Fi використовують той самий неліцензійний діапазон 2,4 Ггц. Отже, у тих випадках, коли Bluetooth пристрої перебувають у зоні дії пристроїв Wi-Fi і здійснюють обмін даними між собою, можуть відбуватися колізії і це може вплинути на працездатність пристроїв. Технологія AFH дозволяє уникнути появи колізій: під час обміну інформацією для боротьби з інтерференцією технологія Bluetooth використовує стрибкоподібну зміну частоти каналу, при виборі якого не враховуються частотні канали, якими здійснюють обмін даними пристрої Wi-Fi.

Для обміну даними за технологією AFH необхідно від 20 до 30 каналів (для обробки сигналів Bluetooth потрібно 79 каналів, кожний канал вимагає смуги частот 1 МГц). Таким чином, скоротивши необхідну кількість каналів можна зменшити використовуваний діапазон частот і уникнути перекривання сигналів від пристроїв Bluetooth і Wi-Fi.

Технологія бездротової передачі даних ZigBee

ZigBee - це відкритий стандарт бездротового зв'язку для систем збору даних і управління. Технологія ZigBee дозволяє створювати бездротові мережі з автоматичною ретрансляцією повідомлень, з підтримкою батарейних і мобільних вузлів.

Мережі ZigBee при відносно невеликих швидкостях передачі даних забезпечують гарантовану доставку пакетів і захист переданої інформації.

Стандарт ZigBee передбачає частотні канали в діапазонах 868 МГц, 915 МГц і 2,4 ГГц. Найбільші швидкості передачі даних і найвища завадостійкість досягаються в діапазоні 2,4 ГГц. Тому більшість виробників мікросхем випускають приймачі саме для цього діапазону, в якому передбачено 16 частотних каналів з кроком 5 МГц.

Швидкість передачі даних разом із службовою інформацією в ефірі становить 250 кбіт / c. При цьому середня пропускна спроможність вузла для корисних даних залежно від завантаженості мережі й кількості ретрансляцій може лежати в межах 5 ... 40 кбіт / с.

Відстані між вузлами мережі складають десятки метрів при роботі всередині приміщення і сотні метрів на відкритому просторі. За рахунок ретрансляцій зона покриття мережі може значно збільшуватися.

В таблиці 2представлено порівняльні характеристики технологій Wi-Fi, Bluetooth і ZigBee.

Таблиця 2.

Технологія (стандарт)	Wi-Fi (IEEE 802.11n)	Bluetooth (IEEE 802.15.3)	ZigBee (IEEE 802.15.4)
Частотний діапазон, ГГц	2.4-2.483 5.15-5.25 5.67-5.85	2,4 – 2,483	2,4 – 2,483
Пропускна здатність	300 Мбіт/с	3 Мбіт/с	250Кбіт/с
Розмір стеку протоколу, Кбайт	Більше 1000	Більше 250	32 – 64
Час роботи від батареї, год.	12 – 120	24 – 240	2400 – 24000
Максим. кількість елементів мережі	100	7	65536
Дальність дії, м	20 - 50	10 – 100	10 – 100

Висновок

Технологія Wi-Fi застосовується для побудови бездротових локальних мереж, доступу до Інтернету, передачі файлів великих розмірів, передача мультимедійних об’єктів, відео, тощо.. Технологія Bluetooth застосовується у галузі телекомунікацій для передачі файлів невеликого об’єму, аудіо потоків, з’єднання двох або більше пристроїв між собою а також замість дротового з’єднання інформаційних каналів. Області застосування технології ZigBee - це бездротові мережі датчиків, автоматизація житлових і споруджуваних приміщень та інше.

Література

1. Макаренко А. Ю., Парфенова А. О., Могильний С. Б. Бездротові технології передачі даних Wi-Fi, Bluetooth та ZigBee //Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування. – 2010. – №. 41. – С. 171-181.