Wi-Fi 6 nadchodzi

W ostatnich latach protokoły łączności bezprzewodowej krótkiego zasięgu, takie jak Bluetooth LE, Thread i Zigbee, a także szereg zastrzeżonych technologii opracowanych przez pojedyncze firmy, walczyły o dominację. Jednak wygląda na to, że żaden pojedynczy standard nie wygrał w tej 'wojnie na wyczerpanie', ponieważ każdy z nich miał swoje mocne i słabe strony. Na przykład Bluetooth LE oferował  interoperacyjność ze smartfonami, Thread usprawniał łączność z chmurą, a Zigbee był postrzegany jako najbardziej dojrzała opcja dla sieci mesh. Dziś bohaterowie ogłosili rozejm, uświadamiając sobie, że każdy z nich może odegrać swoją rolę na rosnącym rynku systemów inteligentnego domu. Na przykład, niedawno uruchomiony Connectivity Standards Alliance (CSA), będący kontynuatorem prac dawniejszego Zigbee Alliance, zrzesza 350 firm członkowskich, w tym Nordic Semiconductor, które współpracują ze sobą na polu harmonizacji standardów łączności bezprzewodowej IoT.

Ten duch współpracy - wzmacniany po części przez kluczową rolę, jaką IoT odegrał w walce z pandemią COVID-19 - sprawia, że ​​jest to dobry moment, aby do gry wkroczyła wersja Wi-Fi przyjazna dla Internetu Rzeczy. W oparciu o wersje zaprojektowane do zastosowań konsumenckich o dużej przepustowości i wyposażone w stos z wbudowanym protokołem internetowym (IP), ta nowa wersja standardu łączności bezprzewodowej zawiera ukryte pod maską ulepszenia, dający nowy oręż projektantom systemów smarthome i urządzeń przemysłowych.

Walka z powolnym WiFi

Spoglądając wystarczająco daleko w genezę powstania Wi-Fi, można zobaczyć historię, która łączy hawajską sieć radiową UHF z lat 70., decyzję amerykańskiej Federalnej Komisji Komunikacji (FCC) z 1985 r. o udostępnieniu do użytku bez licencji pasma 2,4 GHz, bezprzewodowe systemy kasjerskie i australijski projekt obserwujący wybuchające czarne dziury wielkości cząstek atomowych. Te odmienne zdarzenia wpłynęły na utworzenie komitetu normalizacyjnego Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), którego zadaniem było zdefiniowanie warstwy fizycznej (PHY) i kontroli dostępu do mediów (MAC) dla sieci WLAN lub ‘bezprzewodowego Ethernetu’. Pierwsza wersja specyfikacji, IEEE 802.11-1997, pojawiła się w czerwcu 1997 roku, a późniejsze wersje wykorzystywały inne częstotliwości, zwiększały przepustowość i możliwości koegzystencji oraz dodawały warstwy IP do PHY i MAC.

Chociaż dzisiaj Wi-Fi generalnie działa zadowalająco, jego wszechobecność wywiera presję na sieci, które z kolei zaczynają trzeszczeć w szwach. Frustrująco powolne działanie Wi-Fi w miejscach publicznych, takich jak centra handlowe i biblioteki, jest powszechnym zjawiskiem. Specyfikacja IEEE802.11ax, ochrzczona jako ‘Wi-Fi 6’ i zatwierdzona na początku tego roku, jest reklamowana jako rozwiązanie tego problemu i została specjalnie zaprojektowana, aby sprostać wymaganiom intensywnego użytkowania.

Wi-Fi 6 łączy ulepszenia zarówno w zakresie przepustowości, jak i wydajności widmowej, co według Wi-Fi Alliance, organizacji odpowiedzialnej za promowanie tej technologii, ‘zapewnia dobrą wydajność nawet w najbardziej wymagających środowiskach Wi-Fi’. Ulepszenia te zapewniają obsługę wielu urządzeń z jednego punktu dostępowego (AP) i są dobrodziejstwem nie tylko dla fanów YouTube i Netflix szukających strumieniowej transmisji w miejscu publicznym, ale także dla właścicieli inteligentnych domów, budynków lub fabryk, w których można zastosować czujniki IoT połączone przez Wi-Fi 6.

Przepustowość Wi-Fi 6 i większa wydajność widmowa nie tylko umożliwiają szybszą reakcję podłączonych urządzeń, ale także pozwalają na większą liczbę połączeń sieciowych przy zachowaniu wysokiego poziomu obsługi. Podczas gdy poprzednia wersja, WiFi 5, mogła jednocześnie obsługiwać do 250 urządzeń z jednego AP, Wi-Fi 6 zwiększa obsługę do 1024 urządzeń.

Dalsze ulepszenia, zwiększające przydatność Wi-Fi 6 w zastosowaniach inteligentnego domu i przemysłowych, obejmują dodanie funkcji  indywidualnego docelowego czasu budzenia (individual target wake time, TWT), co stanowi znaczącą ewolucję w zakresie oszczędzania energii w stosunku do poprzednich generacji  Wi-Fi. Korzystając z TWT, podłączone urządzenia negocjują czas budzenia z punktami dostępowymi, więc nie muszą stale czuwać, aby utrzymać połączenie bezprzewodowe. W rezultacie punkt dostępowy jest w stanie agregować duże grupy zapytań urządzeń w mniejszą liczbę faktycznie przeprowadzanych  transmisji. Korzyści to bardziej wydajny, wolny od rywalizacji dostęp do kanałów i znaczne oszczędności energii urządzeń końcowych. Oszczędność energii sięga 80%, co sprawia, że ​​urządzenia IoT zasilanie bateryjnie stają się wiele bardziej praktyczne.

Wreszcie Wi-Fi 6 zapewnia również większe bezpieczeństwo. Technologia korzysta z Wi-Fi Protected Access (WPA) 3 (chociaż został on również wdrożony oddzielnie od Wi-Fi 6), który wykorzystuje protokół Simultaneous Authentication of Equals (SAE) zamiast protokołu Pre-Shared Key (PSK), wykorzystywanego w WPA 2. SAE oferuje ulepszoną technologię szyfrowania w porównaniu z PSK.

Pokonując różnice

Podczas gdy Bluetooth LE, Thread i Zigbee są wiodącymi opcjami łączności krótkiego zasięgu dla sieci czujników IoT, komórkowy IoT i LoRaWAN oferują praktyczne opcje dla sieci LPWAN potrzebnych do przeniesienia danych z sieci czujników na znacznie większe odległości, np. do chmury. Wi-Fi 6 dodaje coś więcej. ‘Wi-Fi 6 oferuje czujnikom IoT bezpośrednie połączenie z chmurą za pośrednictwem routerów, bez konieczności płacenia za dodatkowe subskrypcje danych’ wyjaśnia Karl Torvmark, Technical Product Manager w Nordic Semiconductor. ‘Ponadto, lepsze wykorzystanie widma RF sprawia, że ​​sieci IoT obsługiwane przez Wi-Fi 6 są praktyczne. Poprzednie wersje technologii nie radziły sobie z więcej niż kilkoma czujnikami’.

‘Wyższa w porównaniu z innymi technologiami bezprzewodowymi krótkiego zasięgu przepustowość tej technologii umożliwia nowe zastosowania, takie jak bezprzewodowe kamery bezpieczeństwa i wysokiej jakości wideofony. Dodatkowa przepustowość może być również wykorzystana do uzupełnienia przepustowości Bluetooth do przesyłania dużych ilości danych, takich jak strumieniowe przesyłanie muzyki w urządzeniach przenośnych’ - dodaje Torvmark.

CSA wspiera również Wi-Fi 6 jako podstawową technologię inteligentnego domu, dzięki opartemu na IP, ujednoliconemu protokołowi łączności, o nazwie Matter. Współpracuje on ze starszymi wersjami Wi-Fi,  a także z innymi dojrzałymi technologiami sieciowymi, takimi jak Ethernet i Thread oraz Bluetooth LE. Przyjęcie Matter spowoduje pojawienie się nowego typu urządzenia, który można by nazwać Thread border router, który będzie używany do łączenia urządzeń typu Thread/Matter za pomocą IEEE 802.15.4. Router tego typu może również działać jako most z sieci Thread do innych sieci, takich jak Ethernet i LTE (nie będzie on jednak potrzebny, jeśli urządzenie IoT łączy się za pomocą Matter przez Wi-Fi.).

Nordic Semiconductor postrzega Wi-Fi 6 jako kluczowy czynnik umożliwiający rozwój IoT. Pod koniec 2020 roku firma przejęła zespół ds. rozwoju Wi-Fi firmy Imagination Technologies z siedzibą w Wielkiej Brytanii oraz powiązane zasoby technologii IP.

‘Jako światowy lider w technologii bezprzewodowej Bluetooth i firma pretendująca do roli lidera w technologii bezprzewodowego IoT w telefonii komórkowej, dojrzeliśmy w naszej ofercie produktów lukę, o wypełnienie której prosili nas nasi klienci’ mówi Svein-Egil Nielsen, dyrektor ds. technologii Nordic. ‘Technologie radiowe krótkiego zasięgu są idealne dla sieci czujników IoT mesh, podczas gdy komórkowy IoT jest odpowiedzią na potrzebę przesyłu danych z czujników do chmury. Wi-Fi 6 dodaje energooszczędną, szybką, bezpieczną i skalowalną wersję interoperacyjnej technologii IP, która może wykorzystywać routery do wysyłania informacji do chmury’ podsumowuje Nielsen

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy Nordic Semiconductor

Zdjęcie tytułowe: pl.freepik.com