Vyznejte se v bezdrátových sítích

0

Historie bezdrátových sítí v počítačích se datuje někdy do poloviny 80. let minulého století. Americký federální komunikační úřad (FCC) uvolnil tři důležitá frekvenční pásma pro využití bez licence. Celosvětově použitelných 2,4 GHz, 900 MHz a v Americe pak ještě 5,8 GHz. Do té doby byly využité pro jiné účely a kromě radioamatérů se lidé nemohli bezdrátově spojovat (nepočítáme-li morseovku na tisíc způsobů :-)).

To bylo hlavním impulzem pro rozvoj bezdrátových sítí, které dnes rozdělujeme do čtyř kategorií. V dnešním článku si představíme první dvě.

  • WPAN – Wireless Personal Area Network (na krátkou vzdálenost, např. Bluetooth)
  • WLAN – Wireless Local Area Network (domácí sítě, např. Wi-Fi)
  • WMAN – Wireless Metropolitan Area Network (sítě s metropolitním dosahem, např. WiMax)
  • WWAN – Wireless Wide Area Network (sítě s širokým dosahem, celostátní, třeba GSM, 3G)

Samozřejmě platí, že čím větší je síť, tím jsou přísnější bezpečnostní podmínky a šifrování. Menší sítě poskytují vyšší rychlost, ale zase jsou náchylnější na překážky v cestě mezi přijímačem a vysílačem.

WPAN – Wireless Personal Area Network

IrDA

Infračervené světlo ušlo dlouhou dráhu od dálkových ovladačů až po mobilní telefony. Princip je jednoduchý, vysílač vyzařuje blikající infračervené světlo o vlnové délce 875 nm a přijímač signál zachytává pomocí fotodiod (PIN). Při dopadu světla se uvolňují elektrony, které pak vyvářejí elektrický impulz. Optický přenos je relativně jednoduchý, ale už z podstaty je hlavní nevýhodou nutná přímá viditelnost. Světlo je lidským okem neviditelné, ale některé CCD snímače kamer jej „vidí“.

Zařízení musí zvládat základní rychlost 9,6 kb/s, další mety určovaly normy IrDA 1.0 (do 115,2 kb/s) a 1.1 (576 a 1152 kb/s). Dosah je v tomto případě asi jeden metr. Dnes už spíš IrDA dělíme do kategorií podle specifikací: SIR (odpovídá 1.0), MIR (1.1), FIR, VFIR, UFIR, Giga-IR. Poslední přišel na svět v roce 2007 ještě pod názvem EFIR, ale protože umožňoval teoretickou rychlost 1 Gb/s, kluci z marketingu to ještě pozměnili.

IrDA byl v počítačích na vrcholu popularity asi před deseti lety. Často se používal pro přenos dat mezi dvěma mobily, případně počítačem a mobilem, který sloužil jako GSM modem pro přístup k internetu. Dnes jej ale v tomto segmentu zcela nahradil Bluetooth.

Technologie, zdá se, není úplně ztracená. Ve Fraunhoferově instititu v Německu letos prováděli pokusy s optickým přenosem světla v modrém spektru obyčejných levných LED, při kterých se jim povedlo přenášet data rychlostí 230 Mb/s. Přitom tvrdí, že ještě existují rezervy.

IrDA

Spravující organizace IrDA Vznik 1993
Vlnová délka světla 825 nm ± 30 nm
Maximální rychlost 1 Gb/s
Verze v1.0, 1.1
Kde se používá dálkové ovladače, dříve mobilní telefony

 

Bluetooth

Modrý zub začínal jako alternativa IrDA, která ale nefungovala na principu přenosu světla, nýbrž rádiových vln v pásmu okolo 2,4 GHz. Na specifikacích se začalo pracovat v roce 1994 ve švédské firmě Ericsson. Pak společně s Nokií, Intelem, Toshibou a IBM vytvořili skupinu Bluetooth SIG, která se měla starat o vývoj formátu. Ten byl ratifikován jako IEEE 802.15.1 a pak několikrát rozšířen.

Bluetooth headsety nahradily složité systém hands-free v automobilech, zdroj: Sony Ericsson

První verze z roku 1999 byla chybová a v praxi téměř nepoužitelná. Dva roky nato přišel Bluetooth 1.1, na světě už byly první mobily, počítačové karty i hands-free se zahrnutou podporou. Opravila se spousta chyb a přijímač dokázal také zjišťovat úroveň signálu. Za další dva roky byly vydány specifikace 1.2, zvýšila se rychlost na 721 kb/s a na trhu už byly první GPSky, foťáky i sety klávesnice a myši s Bluetooth.

Rok 2004 byl přelomový. Prodáno už bylo přes 250 milionů kompatibilních zařízení, dále se jich prodávalo asi po třech milionech týdně. Také vyšla verze 2.0 + EDR (Enhanced Data Rate). Rychlost pokročila na 2,1 Mb/s, což už stačilo i bezdrátovým stereo sluchátkům v CD kvalitě. V roce 2007 došlo k minoritní aktualizaci na verzi 2.1. Předmětem bylo zjednodušené párování a zvýšená bezpečnost přenosu.

Loni v dubnu přijala skupina Bluetooth SIG verzi 3.0 + HS (High Speed) s maximální rychlostí 24 Mb/s. A před měsícem byl oznámen Bluetooth 4.0, který vychází z předchozí verze, ale přinesl profily i pro drobné spotřebiče (hodiny, tělesné senzory…).

Bluetooth ještě můžeme dělit do třech tříd podle výkonu a dosahu. Class 1 dosáhne asi 100m vzdálenosti při maximálním vysílaném výkonu 100 mW. Class 2 pak 10 m při 2,5 W a Class 3 okolo jednoho metru při 1 mW.

Bluetooth

Spravující organizace Bluetooth SIG Vznik 1998
Frekvenční pásmo 2,4 GHz, 5 GHz Maximální rychlost 24 Mb/s
Verze v1.0, 1.1, 1.2, 2.0, 2.1, 3.0, 4.0
Kde se používá notebooky, mobily, smartphony, dálkové ovladače, hodinky, GPS fotoaparáty…

 

Mikrovlny v průmyslu, medicíně a tištěných spojích

Ve světě ještě můžeme zaregistrovat technologii ZigBee, která by měla být levnější a více než 10× energeticky úspornější než Bluetooth. Pracuje v pásmech 2,4 GHz, případně 868 MHz (Evropa) nebo 915 MHz (USA). Nenáročnost a nízká rychlost předurčuje ZigBee do průmyslu a zdravotnictví. Tedy do míst, kam dnes míří Bluetooth 4.0.

Mezi mainstream určitě nemůžeme považovat ani mikrovlnné spojení, které chystá Sony (více zde). Výrobce plánuje do budoucna nahradit některé metalické spoje bezdrátovým řešením, které dosahuje rychlostí až 11 Gb/s, ale pouze na vzdálenost 14–50 mm. Ulehčilo by to ale výrobu a výměnu součástek, např. u televizorů, které by se mohly stát jakousi modulární platformou, do které by se bezdrátově zapojovaly jednotlivé komponenty.

WirelessHD

Poměrně mladý formát vznikl v roce 2008, když daly hlavy dohromady společnosti Broadcom, Intel, LG, Panasonic, NEC, Sony, Philips, SiBEAM a Toshiba. Tedy tahouni spotřební elektroniky. Z oficiálního názvu i zúčastněných firem je zřejmé, že půjde o bezdrátový přenos vysokého rozlišení obrazu i zvuku. WirelessHD přenáší také obyčejná data včetně internetu a specifikace počítají i s provozem nenáročných přenosných přehrávačů a mobilů.

Zdroj: WiHD

Ambice nejsou malé, ale nahradit kabelový HDMI nebude snadné. WiHD pracuje v okolí 60GHz pásma s maximální rychlostí 25 Gb/s. Při 10m vzdálenosti je to stále dostačujících 4 Gb/s, které stačí na Full HD video s 60 fps a nekomprimovaným 13.1 kanálovým zvukem 192 kHz / 24b. Včera vydalo konsorcium novou revizi 1.1 se zahrnutým 3D formátem, rozlišením až 4K a podporou protikopírovací ochrany HDCP 2.0. Samozřejmě došlo k navýšení propustnosti až k 28 Gb/s.

WiHD zvládá přenášet data i multimediální obsah, pokud se rozšíří do veškeré spotřební elektroniky, dálkových ovladačů, mobilů, notebooků apod., celá domácnost může být propojena jedinou technologií se sdíleným obsahem a internetem.

Na trhu už existuje několik zařízení, které WiHD disponují.

WirelessHD

Spravující organizace WirelessHD Vznik 2008
Frekvenční pásmo 60 GHz
Maximální rychlost 28 Gb/s
Verze v1.0, 1.1
Kde se používá zatím příliš nerozšířen, ale počítat s ním musíme ve spotřební elektronice i počítačích

 

WHDI (Wireless Home Digital Interface)

Skupina WHDI se dala dohromady loni, zakládajícími členy byli Amimon, Hitachi, Motorola, Samsung, Sharp, Sony a LG. WHDI asi můžeme považovat za bezdrátovou variantu HDMI (do verze 1.3) v tom pravém smyslu. Přenáší pouze zvuk a video na vzdálenost přibližně 30 metrů. Propustnost stačí na nekomprimovaný přenos, ale rezervy už nemá. Na to, jak je toto rozhraní mladé, mi připadá dost neperspektivní.

WHDI se chlubí pouze lepší správou přenosu, protože se obsah rozloží do několika elementů s různou prioritou spolehlivosti. Když u tradiční metody dojde k chybě v signálu, postihne to celý obraz/zvuk, protože logika přístrojů neumí určit, o jaká data jde a jak je opravit. WHDI naproti tomu v obraze a zvuku vybere hlavní části, které je třeba nejvíce chránit. Pokud dojde k chybě přenosu, klidně se můžou osekat třeba nejvyšší a nejnižší tóny zvuku, nebo slít dohromady několik sousedních pixelů. Výsledkem tedy nebude rozsypaný obraz, ale dojem jakoby vyšší komprese.

WHDI

Spravující organizace WHDI Vznik 2009
Frekvenční pásmo 5 GHz Maximální rychlost 3 Gb/s
Verze 802.11a/b/g/n
Kde se používá zatím nikde, pak spotřební elektronika

 

UWB (Ultra Wideband)

UWB slouží jako bezdrátová platforma pro další technologie a používá se třeba pro Wireless USB, FireWire, HDMI počítalo se s ním i do dalších verzí Bluetooth. Využívá velkou šířku pásma, které pokrývají i jiné technologie. Podmínkou přijetí ale bylo, aby vysílání bylo slabé a na kratší vzdálenosti. V USA dostal zelenou frekvenční rozsah 3,1–10,6 GHz, Evropská komise schválila 4,8–6 GHz.

UWB

Spravující organizace WiMedia Alliance Vznik 2002
Frekvenční pásmo 3,1–10,6 GHz
Maximální rychlost nad 1 Gb/s
Verze v1.5
Kde se používá univerzální přenos dat, USB, FireWire, HDMI

 

WiDi (Intel Wireless Display)

Intel přišel s vlastním řešením letos v lednu a hlavním úkolem je přenést obraz z notebooku do televizoru. Podmínkou je model s procesorem Inte Core i3, i5 nebo i7, grafikou Intel HD Graphics a síťovým modulem s technologií My WiFi (Advanced-N 6200, Advanced-+WiMAX 6250 nebo Ultimate-N 6300). Na počítači musí běžet 64b Windows 7 a software Intel My WiFi. Vše zatím splňuje pouze Dell Studio 15z, Toshiba Satellite E205 a série Sony Vaio S. K televizoru se připojí přijímač s analogovým kompozitním výstupem nebo digitálním HDMI.

Wireless Display, zdroj: Intel

V praxi se tedy jedná o streamování obsahu pomocí Wi-Fi, ale jednodušším způsobem posvěceným samotným Intelem.

Obraz je při přenosu komprimován do formátu MPEG-2 s maximálním rozlišením 1280 × 800 px, zvuk je ve stereo AAC s datovým tokem 128 kb/s. Takže lze očekávat zvýšenou zátěž procesoru. Další nevýhodou je, že nelze zatím přenést chráněný obsah, tedy žádné DVD ani Blu-ray. Proč bychom ale jinak notebook k TV připojovali, že? 🙂

WiDi

Spravující organizace Intel Vznik 2010
Frekvenční pásmo 2,4 GHz Maximální rychlost 600 Mb/s
Verze v1.2
Kde se používá notebooky

 

WLAN – Wireless Local Area Network

Wi-Fi (Wireless Fidelity)

Název vznikl přeměnou slova Hi-Fi (high fidelity, vysoká přesnost), který se používá už od 50 let 20. století pro nejkvalitnější audio systémy. Pojem Wi-Fi se prvně objevil až v roce 1999, kdy se formovala organizace WECA (o rok později přejmenována na Wi-Fi Alliance), která se stará o rozvoj formátu a udělování licencí. Mezi zskladající společnosti patřily 3Com, Apple, Panasonic, Sony, Motorola, Aironet (dnes Cisco) a další.

Wi-Fi stojí na standardech IEEE 802.11 popisujících bezdrátové lokální sítě (WLAN). Původní 802.11 byl ihned zastaralý, byla potřeba vyšších rychlostí a jiných modulací. Proto se brzy začalo pracovat na rozšířeních. V roce 1999 už byly známy specifikace 802.11a (5GHz pásmo, rychlost 54 Mb/s) a 802.11b (2,4GHz pásmo, rychlost 11 Mb/s). Čtyři roky nato přišel na svět 802.11b (2,4 GHz, 54 Mb/s) a loni byla dokončena verze 802.11n, která umí pracovat v 2,4- i 5GHz pásmu s maximální rychlostí 600 Mb/s.

Wi-Fi Alliance uděluje licence (a značky) těm produktům, které splňují definice fyzické vrstvy (PHY) a podvrstvy MAC výše zmíněných standardů a zvládnou šifrování WPA2. Dnes nenajdete notebook, který by Wi-Fi nepodporoval. Tato síť je však běžnou součástí smartphonů a dnes se pomalu rozšiřuje také do běžných telefonů, televizorů a jiné elektroniky.

I když Wi-Fi spadá pod WLAN, tedy spíše domácí sítě s krátkým dosahem, používá se také pro přenos internetu na velké vzdálenosti. Zvláštně tedy u nás (viz Stav české informační společnosti), což zřejmě zapříčinilo mizerné pokrytí a ceny širokopásmového internetu pod taktovkou Telecomu. Problémem Wi-Fi je ale zahlcení pásma 2,4 GHz, což způsobuje nestabilitu sítě na delší vzdálenosti. Čistotu signálu často řeší áčková verze Wi-Fi pracující v pásmu 5 GHz.

Wi-Fi

Spravující organizace Wi-Fi Alliance Vznik 1999
Frekvenční pásmo 2,4 GHz, 5 GHz Maximální rychlost 600 Mb/s
Verze 802.11a/b/g/n
Kde se používá přenos internetu, lokální síť pro notebooky, pc, mobily, přehrávače, televizory apod.

 

WiGig (Wireless Gigabit)

Toto seskupení vzniklo teprve loni, deset let po Wi-Fi. Nové rozhraní nemuselo udržovat zpětnou kompatibilitu se starými produkty, takže si mohli dovolit začít od podlahy. Přesto opět využívá standardů 802.11, ale přesunulo se do nelicencovaného pásma 60 GHz (tedy stále mikrovlny). Maximální teoretická rychlost je 7 Gb/s, což stačí i na přenos nekomprimovaného videa v 1080p a 60 snímcích za vteřinu. Tam také WiGig směřuje, měl by se stát jakýmsi Wi-Fi s přidanou hodnotou, který zvládne přenášet veškerá data v domácnosti. Včera navíc Wi-Fi Alliance a WiGig Alliance ohlásili spolupráci při nasazování této technologie.

WiGig

Spravující organizace WiGig Alliance Vznik 2009
Frekvenční pásmo 60 GHz
Maximální rychlost 7 Gb/s
Verze WiGig 1.0
Kde se používá první produkty přijdou na trh na konci 2010

 

V dalším díle si řekne o rozsáhlejších sítích, jak se rozšiřovali mobilní operátoři a co je to vlastně ten WiMax.

Zdroje: eArchiv Jiřího Peterky, IrDA (hw.cz), WHDI,

Vyznejte se v bezdrátových sítích

Ohodnoťte tento článek!