Существует множество различных технологий беспроводной передачи данных, некоторые из которых напрямую конкурируют друг с другом, а другие разработаны для конкретных приложений. Беспроводные технологии можно оценивать по различным показателям, некоторые из которых описаны в этой статье.

Стандарты можно сгруппировать следующим образом в порядке возрастания диапазона:

Системы персональных сетей (PAN) предназначены для связи на короткие расстояния между устройствами, обычно управляемыми одним человеком. В качестве примеров можно привести беспроводные гарнитуры для мобильных телефонов или беспроводные датчики сердечного ритма, взаимодействующие с наручными часами. Некоторые из этих технологий включают такие стандарты, как ANT UWB , Bluetooth , ZigBee и Wireless USB .

Беспроводные сенсорные сети (WSN/WSAN) — это, как правило, сети маломощных и недорогих устройств, которые взаимодействуют по беспроводной сети для сбора, обмена и иногда принятия мер на основе данных, собранных в их физической среде, — «сенсорные сети». Узлы обычно подключаются по топологии «звезда» или «сетка». Хотя большинство отдельных узлов в WSAN, как ожидается, будут иметь ограниченный радиус действия ( Bluetooth , ZigBee, 6LoWPAN и т. д.), отдельные узлы могут быть способны к более широким коммуникациям ( wi-fi , сотовые сети и т. д.), а любая отдельная WSAN может охватывать широкий географический диапазон. Примером WSAN может быть набор датчиков, расположенных по всему сельскохозяйственному объекту для мониторинга уровня влажности почвы, передачи данных обратно на компьютер в главном офисе для анализа и моделирования тенденций, а также, возможно, включения автоматических поливочных кранов при слишком низком уровне.

Для связи на больших расстояниях используется беспроводная локальная сеть (WLAN). WLAN часто известны под коммерческим названием Wi-Fi . Эти системы используются для предоставления беспроводного доступа к другим системам локальной сети, таким как другие компьютеры, общие принтеры и другие подобные устройства, а также к Интернету. Как правило, WLAN обеспечивает гораздо более высокую скорость и задержку внутри локальной сети, чем доступ в Интернет для среднестатистического пользователя . К более старым системам, поддерживающим функциональность WLAN, относятся DECT и HIPERLAN . Однако они больше не используются широко. Одной из характерных особенностей WLAN является их преимущественно локальный характер, без возможности плавного перехода из одной сети в другую.

Сотовые сети или WAN предназначены для покрытия городских/национальных/глобальных зон и бесперебойной мобильности от одной точки доступа (часто определяемой как базовая станция ) к другой, обеспечивая бесперебойное покрытие очень широких областей. Технологии сотовых сетей часто разделяются на сети второго поколения 2G , 3G и 4G . Изначально сети 2G были голосовыми или даже только голосовыми цифровыми сотовыми системами (в отличие от аналоговых сетей 1G). Типичные стандарты 2G включают GSM и IS-95 с расширениями через GPRS , EDGE и 1xRTT , предоставляя доступ в Интернет пользователям изначально голосовых сетей 2G. Как EDGE , так и 1xRTT являются стандартами 3G, как определено МСЭ , но обычно продаются как 2.9G из-за их сравнительно низких скоростей и высоких задержек по сравнению с настоящими технологиями 3G.

Настоящие системы 3G, такие как EV-DO и W-CDMA (включая HSPA и HSPA+ ), изначально предоставляют комбинированные услуги передачи данных и голоса с коммутацией каналов и пакетов , как правило, с гораздо более высокой скоростью передачи данных, чем сети 2G с их расширениями. Все эти услуги могут использоваться для предоставления комбинированного мобильного голосового доступа и доступа в Интернет в удаленных местах.

Сети 4G обеспечивают еще более высокую скорость передачи данных и множество архитектурных улучшений, которые не всегда заметны потребителю. В настоящее время широкое распространение получили системы 4G WIMAX и LTE . Эти сети представляют собой сети с исключительно пакетной коммутацией, без традиционных возможностей голосовой связи. Эти сети предоставляют голосовые услуги через VoIP или VoLTE .

Частоты и тип сигнала

Особенности протоколов

Matter

• Основан на IP, работает поверх Thread и Wi-Fi.

• Поддерживает сквозную совместимость между экосистемами (Apple, Google, Amazon).

• Энергоэффективен при использовании Thread.

• Требует хаба для Thread, но может работать напрямую через Wi-Fi.

Matter — это технический стандарт для устройств умного дома и Интернета вещей (IoT) . Он направлен на улучшение взаимодействия и совместимости между различными производителями и безопасностью, а также всегда допускает локальное управление в качестве опции.

Matter возник в декабре 2019 года как рабочая группа Project Connected Home over IP (CHIP), основанная Amazon , Apple , Google и Zigbee Alliance, который теперь называется Connectivity Standards Alliance (CSA). Последующими членами стали IKEA , Huawei и Schneider .Версия 1.0 спецификации была опубликована 4 октября 2022 года. Комплект разработки программного обеспечения Matter имеет открытый исходный код по лицензии Apache .

Комплект разработчика программного обеспечения (SDK) предоставляется без уплаты роялти ^, хотя возможность внедрения готового продукта в сеть Matter на местах требует сертификации и членских взносов , что влечет за собой как единовременные, так и периодические затраты и затраты на каждый продукт. Это обеспечивается с помощью инфраструктуры открытых ключей (PKI) и так называемых сертификатов аттестации устройств

Совместимые с Matter обновления программного обеспечения для многих существующих концентраторов стали доступны в конце 2022 года, а устройства с поддержкой Matter и обновления программного обеспечения начнут выпускаться в 2023 году.

Zigbee

• Mesh-сеть: устройства ретранслируют сигнал.

• Низкое энергопотребление — сенсоры работают годами от батареек.

• Требует хаба (координатора).

• Высокая устойчивость к помехам, но ограниченная дальность.

Zigbee — это основанная на стандарте IEEE 802.15.4 спецификация для набора высокоуровневых коммуникационных протоколов , используемых для создания персональных сетей с маломощными цифровыми радиоустройствами , например, для домашней автоматизации , сбора данных с медицинских устройств и других задач, требующих маломощного и узкополосного подключения, разработанная для небольших проектов, требующих беспроводного соединения. Таким образом, Zigbee — это беспроводная ad hoc-сеть с низким энергопотреблением, низкой скоростью передачи данных и малым радиусом действия (например, персональная сеть) .

Технология, определяемая спецификацией ZigBee, призвана быть проще и дешевле других беспроводных персональных сетей (WPAN), таких как Bluetooth , или более общих беспроводных сетей, таких как Wi-Fi (или Li-Fi ). Она может применяться в беспроводных выключателях света, домашних системах контроля энергопотребления , системах управления дорожным движением и другом потребительском и промышленном оборудовании, требующем беспроводной передачи данных на короткие расстояния с низкой скоростью.

Низкое энергопотребление ограничивает дальность передачи данных 10–100 метрами (33–328 футами) в пределах прямой видимости , в зависимости от выходной мощности и характеристик окружающей среды. Устройства ZigBee могут передавать данные на большие расстояния, пропуская их через ячеистую сеть промежуточных устройств для достижения более удаленных устройств. ZigBee обычно используется в приложениях с низкой скоростью передачи данных, требующих длительного времени работы от батареи и безопасной сети. (Сети ZigBee защищены 128-битными симметричными ключами шифрования .) ZigBee имеет определенную скорость до250 кбит/с , лучше всего подходит для прерывистой передачи данных от датчика или устройства ввода.

Протокол ZigBee был разработан в 1998 году, стандартизирован в 2003 году и пересмотрен в 2006 году. Название связано с виляющим танцем медоносных пчел после их возвращения в уле

Z-Wave

• Mesh-сеть, но с ограничением на количество узлов в маршруте.

• Очень низкое энергопотребление.

• Меньше помех благодаря частоте ниже 1 ГГц.

• Требует сертифицированного хаба, менее универсален.

Z-Wave — это протокол беспроводной связи, используемый преимущественно для автоматизации жилых и коммерческих зданий. Это ячеистая сеть, использующая низкоэнергетические радиоволны для связи между устройствами, что позволяет осуществлять беспроводное управление устройствами «умного» дома, такими как интеллектуальное освещение, системы безопасности, термостаты, датчики, интеллектуальные дверные замки и системы открывания гаражных ворот. Бренд и технология Z-Wave принадлежат Silicon Labs . Более 300 компаний, занимающихся этой технологией, объединены в альянс Z-Wave.

Как и другие протоколы и системы, предназначенные для рынков жилого, коммерческого, многоквартирных домов и зданий, системой Z-Wave можно управлять со смартфона, планшета или компьютера, а также локально через умный динамик, беспроводной брелок или настенную панель со шлюзом Z-Wave или центральным устройством управления, выступающим в качестве концентратора или контроллера. Z-Wave обеспечивает взаимодействие на прикладном уровне между системами управления домом разных производителей, входящих в его альянс. Растет число совместимых продуктов Z-Wave: более 1700 в 2017 году, более 2600 к 2019 году, и более 4000 к 2022 году.

Bluetooth (BLE)

• Подходит для коротких расстояний (до 10 м).

• Энергоэффективен (BLE).

• Не поддерживает mesh-сети по умолчанию (только в BLE Mesh).

• Прост в настройке, но ограничен по масштабируемости.

Bluetooth — это стандарт беспроводной технологии ближнего действия , который используется для обмена данными между стационарными и мобильными устройствами на небольших расстояниях и построения персональных сетей (PAN). В наиболее широко используемом режиме мощность передачи ограничена 2,5 милливаттами , что обеспечивает очень малый радиус действия — до 10 метров (33 фута). Он использует радиоволны УВЧ в диапазонах ISM ( промышленной, научной и медицинской техники) от 2,402 ГГц до 2,48 ГГц. Он в основном используется в качестве альтернативы проводным соединениям для обмена файлами между находящимися поблизости портативными устройствами и подключения мобильных телефонов и музыкальных плееров к беспроводным наушникам , беспроводным динамикам , системам HIFI , автомобильным аудиосистемам , а также для беспроводной передачи данных между телевизорами и саундбарами .

Bluetooth управляется Bluetooth Special Interest Group (SIG), в которую входят более 35 000 компаний-членов в области телекоммуникаций, вычислений, сетей и потребительской электроники. IEEE стандартизировал Bluetooth как IEEE 802.15.1, но больше не поддерживает этот стандарт. Bluetooth SIG контролирует разработку спецификации, управляет программой квалификации и защищает товарные знаки.Производитель должен соответствовать стандартам Bluetooth SIG , чтобы продавать его как устройство Bluetooth. К технологии применяется сеть патентов , которая лицензируется для отдельных квалификационных устройств. По состоянию на 2021 год ежегодно поставляются 4,7 миллиарда микросхем Bluetooth. ^{Bluetooth был} впервые продемонстрирован в космосе в 2024 году, раннее испытание, предусмотренное для расширения возможностей IoT .

Спецификации были формализованы специальной группой по интересам Bluetooth (SIG) и официально

Wi-Fi

• Высокая скорость передачи данных.

• Не требует хаба — устройства подключаются напрямую.

• Высокое энергопотребление.

• Подвержен перегрузке при большом числе устройств.

Wi-Fi​​— это семейство протоколов беспроводной сети , основанных на стандартах IEEE 802.11 , которые обычно используются для объединения устройств в локальные сети и доступа в Интернет , позволяя находящимся рядом цифровым устройствам обмениваться данными посредством радиоволн . Это наиболее распространенные компьютерные сети, применяемые во всем мире в домашних сетях и сетях малых офисов для соединения устройств и предоставления доступа в Интернет с помощью беспроводных маршрутизаторов и точек беспроводного доступа в общественных местах, таких как кафе, рестораны, гостиницы, библиотеки и аэропорты.

Wi-Fi является товарным знаком Wi-Fi Alliance , который ограничивает использование термина « Wi-Fi Certified » продуктами, которые успешно прошли сертификационные испытания на совместимость . Несоответствующее оборудование просто называется WLAN и может работать или не работать с устройствами, имеющими статус « Wi-Fi Certified ». По состоянию на 2017 год в Wi-Fi Alliance входило более 800 компаний со всего мира. По состоянию на 2019 год ежегодно по всему миру поставляется более 3,05 миллиарда устройств с поддержкой Wi-Fi.

Wi-Fi использует несколько частей семейства протоколов IEEE 802 и разработан для хорошей работы с его проводным братом, Ethernet . Совместимые устройства могут объединяться в сеть через беспроводные точки доступа друг с другом, а также с проводными устройствами и Интернетом. Различные версии Wi-Fi определены различными стандартами протокола IEEE 802.11 , при этом различные технологии радиосвязи определяют радиодиапазоны, максимальные диапазоны и скорости, которые могут быть достигнуты. Wi-Fi чаще всего использует радиодиапазоны 2,4 гигагерца (120 мм) UHF и 5 гигагерц (60 мм) SHF , с диапазоном 6 гигагерц SHF, используемым в новых поколениях стандарта; эти диапазоны подразделяются на несколько каналов. Каналы могут использоваться совместно несколькими сетями, но в пределах диапазона только один передатчик может передавать на канале одновременно.

Маршрутизатор TP-Link AX1500 Wi-Fi 6

Радиодиапазоны Wi-Fi лучше всего работают в условиях прямой видимости . Обычные препятствия, такие как стены, колонны, бытовая техника и т. д., могут значительно уменьшить радиус действия, но это также помогает минимизировать помехи между различными сетями в многолюдных местах. Радиус действия точки доступа составляет около 20 м (66 футов) в помещении, в то время как некоторые точки доступа заявляют о радиусе действия до 150 м (490 футов) на открытом воздухе. Зона покрытия точки доступа может быть как одной комнатой со стенами, блокирующими радиоволны, так и площадью в несколько квадратных километров при использовании нескольких перекрывающихся точек доступа с разрешенным роумингом между ними. Со временем скорость и спектральная эффективность Wi-Fi возросли. По состоянию на 2019 год некоторые версии Wi-Fi, работающие на подходящем оборудовании на близком расстоянии, могут достигать скорости 9,6 Гбит/с ( гигабит в секунду). [ 8 ]

Wireless USB

Wireless USB — это версия протокола беспроводной радиосвязи с малым радиусом действия и высокой пропускной способностью для универсальной последовательной шины ( USB ), созданная группой Wireless USB Promoter Group. Она не имеет отношения к Wi-Fi и Cypress Wireless USB. Ее поддерживал альянс WiMedia Alliance , прекративший свою деятельность в 2009 году.

Беспроводной USB-интерфейс основан на сверхширокополосной (UWB) платформе WiMedia Alliance , способной передавать данные со скоростью 480 Мбит/с на расстояние до 3 метров (9,8 фута) и 110 Мбит/с на расстояние до 10 метров (33 фута). Он предназначен для работы в диапазоне частот от 3,1 до 10,6 ГГц , хотя в некоторых странах допустимый рабочий диапазон может быть ограничен местными нормативными актами.

Стандарт в настоящее время устарел, и новое оборудование не производилось в течение многих лет, хотя он был принят Android для точной передачи сигналов.

Поддержка стандарта была прекращена в Linux 5.4 и удалена в Linux 5.7.

ANT (происходит от Adaptive Network Topology)

ANT (происходит от Adaptive Network Topology) — это запатентованная (но с открытым доступом ) технология многоадресной беспроводной сенсорной сети, разработанная и продвигаемая компанией ANT Wireless (подразделение Garmin Canada). Она обеспечивает персональные сети (PAN), в первую очередь для трекеров активности . ANT был представлен компанией Dynastream Innovations в 2003 году, за ним в 2004 году последовал маломощный стандарт ANT+, а затем Dynastream была приобретена компанией Garmin в 2006 году.

ANT определяет стек протоколов беспроводной связи , который позволяет оборудованию, работающему в диапазоне ISM 2,4 ГГц , взаимодействовать, устанавливая стандартные правила для сосуществования, представления данных, сигнализации, аутентификации и обнаружения ошибок . Он концептуально похож на Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), но ориентирован на использование с датчиками.

По состоянию на ноябрь 2020 года на сайте ANT перечислено почти 200 брендов, использующих технологию ANT. Samsung и, в меньшей степени, Fujitsu , HTC , Kyocera , Nokia и Sharp добавили встроенную поддержку (без использования USB-адаптера) в свои смартфоны, причем Samsung начала поддержку с Galaxy S4 и завершила поддержку с линейкой Galaxy S20 .

В 2025 году компания Garmin объявила о прекращении сертификации устройств ANT+, ссылаясь на изменения в правилах беспроводной связи. Это, вероятно, приведет к тому, что будущие устройства откажутся от поддержки ANT+ в пользу BLE.

LTE

В телекоммуникациях технология LTE ( Long-Term Evolution ) представляет собой стандарт беспроводной широкополосной связи для сотовых мобильных устройств и терминалов передачи данных. Она считается «переходной» технологией 4G и поэтому также обозначается как 3.95G , как ступень выше 3G .

LTE основан на стандартах 2G GSM / EDGE и 3G UMTS / HSPA . Он повышает пропускную способность и скорость этих стандартов за счет использования другого радиоинтерфейса и усовершенствований базовой сети. [ 3 ] [ 4 ] LTE — это путь модернизации для операторов, использующих как сети GSM/UMTS, так и сети CDMA2000 . На смену LTE пришла технология LTE Advanced , которая официально определяется как «настоящая» технология 4G и также называется «LTE+».

Стандарт разработан 3GPP (Проект партнерства третьего поколения) и указан в его серии документов Release 8 с небольшими улучшениями, описанными в Release 9. LTE также называется 3.95G и продается как 4G LTE и Advanced 4G ; но исходная версия не соответствовала техническим критериям беспроводной службы 4G , как указано в серии документов 3GPP Release 8 и 9 для LTE Advanced . Требования были изложены организацией ITU-R в спецификации IMT Advanced ; но из-за давления рынка и значительных достижений, которые WiMAX , Evolved High Speed ​​Packet Access и LTE привносят в исходные технологии 3G, ITU-R позже решил, что LTE и вышеупомянутые технологии можно называть технологиями 4G. Стандарт LTE Advanced формально удовлетворяет требованиям ITU-R для того, чтобы считаться IMT-Advanced. Чтобы отличить LTE Advanced и WiMAX-Advanced от современных технологий 4G, МСЭ определил последнюю как «True 4G».

HSPA+ , HSPA (Plus)

Evolved High Speed ​​Packet Access , более известный как HSPA+ , HSPA (Plus) или HSPAP , — это технический стандарт беспроводной широкополосной связи. Он представляет собой развитие более раннего стандарта HSPA . Организация 3GPP ( 3rd Generation Partnership Project ), занимающаяся стандартизацией мобильных телекоммуникаций, разработала спецификацию HSPA+ в его версии 7 и более поздних версиях. HSPA+ обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем оригинальный HSPA, с теоретической скоростью до 42,2 Мбит/с в нисходящем канале.

HSPA+ считается развитием технологии 3G, иногда обозначаемой как 3.75G. Она позволяет модернизировать существующие сети 3G, обеспечивая скорости, близкие к новым сетям 4G, без необходимости создания совершенно нового радиоинтерфейса. Поэтому HSPA+ не следует путать с технологией Long Term Evolution (LTE) – настоящей технологией 4G, которая использует другой радиоинтерфейс на основе OFDMA и следует отдельному пути технологического развития.

Для достижения более высоких скоростей передачи данных в HSPA+ реализованы передовые технологии антенн, такие как формирование луча и MIMO (многоканальный вход/многоканальный выход) . Формирование луча — это метод обработки сигнала, который фокусирует беспроводной сигнал от базовой станции на конкретное принимающее устройство, а не рассеивает его во всех направлениях. Такая концентрация сигнала обеспечивает лучший прием и более высокую скорость передачи данных. MIMO увеличивает пропускную способность за счет использования нескольких антенн как на передающей (базовая станция), так и на принимающей (пользовательское устройство) сторонах для одновременной отправки и приема нескольких потоков данных. В последующих версиях стандарта был представлен режим работы с двумя несущими, который позволяет устройству одновременно работать в двух отдельных частотных диапазонах шириной 5 МГц, фактически удваивая пропускную способность.

Advanced HSPA+ — это дальнейшее развитие технологии, которая обеспечивает теоретически пиковую скорость загрузки до 168 Мбит/с и скорость передачи данных до 22 Мбит/с. Эта производительность достигается за счет таких технологий, как использование более сложного метода модуляции (например, 64-QAM ), который кодирует больше данных в каждой передаче, или комбинирования нескольких несущих радиочастот с такими функциями, как Dual-Cell HSDPA.

Технология Enhanced Data Rates for GSM Evolution ( EDGE )

Технология Enhanced Data Rates for GSM Evolution ( EDGE ), также известная как 2.75G и под различными другими названиями, — это технология цифровой мобильной связи 2G для пакетной передачи данных. Она является подмножеством технологии GPRS ( General Packet Radio Service ) в сети GSM и превосходит ее, предлагая скорости, близкие к скорости технологии 3G , отсюда и название 2.75G. EDGE стандартизирован 3GPP как часть семейства GSM и как усовершенствованная версия GPRS.

EDGE был развернут в сетях GSM в 2003 году — изначально компанией Cingular (теперь AT&T ) в США.Его можно было легко развернуть на существующем оборудовании сотовой связи GSM и GPRS, что упрощало модернизацию для сотовых компаний по сравнению с технологией UMTS 3G, которая требовала значительных изменений. Благодаря внедрению сложных методов кодирования и передачи данных EDGE обеспечивает более высокую скорость передачи данных на радиоканал, что приводит к трехкратному увеличению емкости и производительности по сравнению с обычным соединением GSM/GPRS — изначально максимальная скорость составляла 384 кбит/с. Позже был разработан Evolved EDGE как улучшенный стандарт, обеспечивающий еще меньшее время задержки и более чем двукратное увеличение производительности с пиковой скоростью передачи данных до 1 Мбит/с.

Enhanced Data rates for GSM Evolution — это общее полное название стандарта EDGE. Другие названия включают: Enhanced GPRS ( EGPRS ), IMT Single Carrier ( IMT-SC ) и Enhanced Data rates for Global Evolution .

Хотя организация 3GPP называет EDGE «2.75G», он входит в определение 3G Международного союза электросвязи (МСЭ). Он также признан частью стандарта Международной мобильной связи 2000 (IMT-2000) для 3G