Большие возможности малых сетей

13 минут

Если энергоэффективные сети большого радиуса (LPWAN) рассчитаны на широкий территориальный охват, то беспроводные локальные сети (WLAN) решают менее грандиозные задачи. Их охват составляет от 1 до 300 метров в зоне прямой видимости. Это не мешает некоторым технологиям WLAN покрывать сигналом огромные площади коммерческих помещений и целые города.

WLAN – это локальные сети, которые строятся на основе беспроводных технологий. Для подключения устройств к сети передачи данных кабель не требуется. На рынке из технологий WLAN востребованы Wi-Fi, Bluetooth и инфракрасный порт, без которого невозможно представить пульты дистанционного управления.

К другим WLAN относятся:

  • ZigBee, основные конкуренты которой – Wi-Fi, Bluetooth;
  • WiMax, вытесненная LTE и Wi-Fi;
  • UWB – «темная лошадка»; не распространена ввиду новизны.

Вечно молодой Wi-Fi

Wi-Fi – это семейство технологий радиосвязи. Wi-Fi входит в семейство стандартов IEEE 802.11. Товарный знак Wi-Fi принадлежит Wi-Fi Alliance. В 2019 году технологии исполняется 20 лет.

В октябре 2018 года самые востребованные технологии Wi-Fi для удобства пользователей получили номера версий вместо используемых буквенно-цифровых обозначений:

  • Wi-Fi 6 (ранее 802.11ax);
  • Wi-Fi 5 (802.11ac);
  • Wi-Fi 4 (802.11n).

Wi-Fi 6 – новейший стандарт в семействе, окончательный текст которого планируется опубликовать в 2019 году. В этой версии в четыре раза увеличена средняя пропускная способность за счет более эффективного использования частотного спектра. Максимальная скорость передачи данных в лабораторных условиях – в Wi-Fi 6 – 9,6 Гбит/сек, а у Wi-Fi 5 – 3,5 Гбит/сек.

Сегменты беспроводных локальных сетей (WLAN) для потребителей и предприятий в первом квартале 2019 года выросли на 6,9% в годовом исчислении, достигнув $2,4 млрд. На корпоративный сегмент приходится $1,4 млрд (+7,1%), на потребительский – $1 млрд (+6,6%). Об этом сообщалось в отчете IDС.

Ключевые игроки на рынке корпоративного и потребительского оборудования в сегменте поставок коммерческому сектору в первом полугодии 2019 года: Cisco (доля на мировом рынке– 46,8%), Aruba/EE (14,1%), Ruckus Wireless (5,2%), Ubiquiti Networks (7,3%), Aerohive Networks, Zebra Technologies, Netgear, Huawei (4,2%) , D-Link, TP-Link, Belkin International, Alcatel Lucent Enterprises, Dell, ZTE, Boingo Wireless, Allied Telesis, Juniper Networks.

Предприятия и пользователи предпочитают устройства Wi-Fi 5 (86,4% и 58,0% соответственно).

Поставки устройств с Wi-Fi 6 к 2022 году преодолеют отметку в $1 млрд. Внедрение этого стандарта в 2019 году произойдет быстрее, чем 5G, отмечают аналитики ABI Research. «В течение нескольких лет для Wi-Fi 6 станет доступен спектр частот 6 ГГц. Однако придется пересматривать законодательство. Использование 6 ГГц приведет к беспрецедентной производительности и увеличению емкости для Wi-Fi. Сейчас Wi-Fi Alliance работает над новой версией Wi-Fi, адаптированной для работы в диапазоне 6 ГГц. Wi-Fi будет востребован еще как минимум 30 лет», – сообщается в отчете.

Динамика доходов крупнейших компаний на рынке WLAN, 1кв. 2018 – 1 кв. 2019

Крупнейшие проекты Wi-Fi

Крупнейшие проекты Wi-Fi связаны с развертыванием сетей доступа в интернет в городах. Например, Москва, согласно отчету PwC, вошла в тройку мегаполисов мира по количеству бесплатных хотспотов Wi-Fi в 2018 году (7,3 тыс.). По этому показателю российская столица уступила только Сингапуру и Сеулу (20 тыс. и 8,7 тыс. хот-спотов соответственно).

По данным на июнь 2019 года, в городе было развернуто уже 16 тыс. точек доступа к бесплатному безлимитному интернету, отмечается в материалах Департамента информационных технологий Москвы. Проект столичного Wi-Fi стартовал в 2012 году и рассматривался как бесплатная альтернатива мобильному интернету сотовых операторов. Первым объектом стала велодорожка на Фрунзенской набережной. Бесплатным интернетом тогда было охвачено 2,2 км.

В 2016 году стала доступна бесшовная единая сеть MT FREE, которой оснащен наземный транспорт, метрополитен, МЦК, аэроэкспрессы и пригородные электрички. Пассажирам при пересадке с одного вида транспорта на другой не приходится проходить авторизацию в сети MT FREE заново. Сегодня бесплатный Wi-Fi доступен в 41 столичном парке, в 151 корпусе общежитий 30 вузов, 334 библиотеках, 199 домах культуры, 16 городских музеях, 13 кинотеатрах сети «Москино».

В январе 2019 года стало известно, что оператор сети Wi-Fi Московского метрополитена «Максима телеком» станет единым оператором всех точек доступа Wi-Fi в Москве. Для этого провайдер на своей цифровой платформе создаст единое интернет-пространство. Объединение городских бесплатных публичных сетей Wi-Fi других операторов в этой платформе позволит внедрить бесшовную авторизацию, унифицировать алгоритм подключения, создать единую службу поддержки и внедрить новые сервисы.

WiFi в Москве

Bluetooth с новой точностью

 Bluetooth изобрел голландский инженер Яап Хаартсен в 1994 году. Первая коммерческая версия Bluetooth появилась в 1998 году. Курирует развитие стандарта некоммерческая торговая ассоциация Bluetooth Special Interest Group (SIG). Последние версии стандарта – Bluetooth 5.0 (анонсирована 16 июня 2016 года) и 5.1 (анонсирована 21 января 2019 года). 

В Bluetooth 5.1 будет использоваться функция определения местоположения предметов с Bluetooth-трекером. Погрешность в определении координат не превысит 1 см. В версии 5.1 инженеры ускорят процесс сопряжения устройств. Также умные устройства без сопряжения смогут выводить показатели на другие устройства Bluetooth. 

Поставки устройств Bluetooth, по данным ABI Research, в 2019 году достигнут 4 млрд единиц. К 2023 году поставки устройств Bluetooth с низким энергопотреблением (Bluetooth Low Energy, BLE) превысят 1,6 млрд единиц (CAGR на уровне 27% в 2018-2023 гг). К 2023 году поставки аудиоустройств с Bluetooth достигнут 1,27 млрд единиц. А девять из десяти колонок в мире к этому времени обзаведутся поддержкой Bluetooth.

Сравнение Bluetooth 5 и Bluetooth 4.2

Спецификации и функции Bluetooth 5 Bluetooth 4.2
скорость передачи данных около 2 МБит/сек 1 МБит/сек
радиус действия до 200 метров в зоне прямой видимости; 40 метров в помещении до 50 метров в зоне прямой видимости; 10 метров в помещении
расход энергии Низкий Высокий
емкость сообщений около 255 байт от 17 до 20 байтов
устойчивость работы в перегруженных средах (Устойчивость к помехам) большая малая
срок жизни батареи устройств большой малый
контроль безопасности лучше, чем у Bluetooth 4.2 менее безопасный, чем Bluetooth 5.0
пропускная способность (в теории) от 1,6 до 2 МБит/сек 1 МБит/сек
надежность высокая низкая
поддержка IoT-устройств да нет
возможности использования маячков спрос на использование маячков вырос благодаря появлению Bluetooth 5 из-за низких скоростей и емкости сообщений в 21 байт маячки не пользовались большой популярностью

Источник: rfwireless-world.com

Bluetooth-навигация

Крупнейшие проекты с применением Bluetooth основаны на iBeacon – технологии определения местоположения внутри больших помещений или в подземных объектах. В 2016 году технологию iBeacon внедрил международный аэропорт Шереметьево. Для определения положения используются Bluetooth-маячки и приложение на смартфоне. В приложении можно определять точное местоположение; строить оптимальные маршруты до нужных точек с учетом инфраструктуры аэропорта; выбрать рейс и получать уведомления об изменении его статуса, номерах стоек регистрации пассажиров и багажа; получать оперативную информацию о задержках рейса.

iBeacon используется и для маркетинговых целей. Если пользователь скачает приложение торгового центра, в котором установлены маячки iBeacon, то при желании он сможет получать информацию о специальных предложениях расположенных там магазинов. В мегаполисах сервисы аренды используют Bluetooth-замки. Например, их тестирует московский «Делисамокат». Устройства открываются после оплаты пользователем аренды. Сервис YouDrive Lite тоже работает с bluetooth-замками.

В ноябре 2018 года ученые Массачусетского технологического института разработали двухсекционную пилюлю, управляемую по Bluetooth с помощью смартфона. Таблетка печатается 3D-принтером методом послойной печати. В одном отсеке капсулы находится датчик с Bluetooth, а в другом – препараты. Инженеры, разработавшие таблетку, предлагают использовать ее для продолжительного лечения заболеваний, при которых важной становится динамика высвобождения медицинских препаратов. Срок жизни таблетки – пять недель, после чего она разрушается. Клинические испытания пилюли начнутся в ближайшие два года.

Bluetooth-таблетка для дозированного введения препарата

Источник фото: MIT

ZigBee опередила время

ZigBee – это тип беспроводной технологии спецификации IEEE 802.15, который используется для связи между устройствами. Диапазоны работы устройств – 868 МГц, 900 МГц и 2,4 ГГц. Новейшая версия – ZigBee 3.0. основана на предыдущей – ZigBee Pro. ZigBee 3.0 совместима с ранними версиями стандарта. Новые устройства без проблем работают в устаревших сетях ZigBee.

ZigBee создана в 2003 году. Тогда она опережала время, обладая некоторыми характеристиками нынешних LPWAN:

  • малой мощностью;
  • низкой стоимостью оборудования;
  • длительной работой устройств в сети без подзарядки (несколько лет) за счет передачи малого объема информации (250 Кбит/сек);
  • криптографической защитой данных.

ZigBee проигрывает LPWAN в дальности связи. На открытой местности сигнал распространяется на расстояние до 300 метров, в помещении – от 75 до 100 метров. Из-за этого крупные коммерческие проекты на ZigBee в России не реализованы. Технология подойдет для создания системы умного дома, но конкуренцию ZigBee составляют LoRaWAN, 2G/3G/4G, Wi-Fi с большим радиусом действия.

Данных о текущем размере рынка в открытом доступе нет.

ИК-порт вернется в телефоны

Инфракрасный порт (IrDA) объединяет группу стандартов. Для передачи данных используются световые волны инфракрасного диапазона. Технология появилась в 1993 году. Популярность стандарта заключалась в возможности передачи по воздуху данных от одного устройства с IrDA к другому. Устройства должны были находиться на одной прямой в зоне видимости и расстоянии до одного метра. Скорость передачи в IrDA не превышала 115,2 кбит/сек, что по тем меркам было достаточно.

С 2006 года, с приходом Bluetooth, Wi-Fi и 3G, популярность этого стандарта стремительно снижалась. Технология ИК-порта используется только в пультах дистанционного управления.

Сегодня у IrDA есть шанс вернуться в телефоны в новом качестве. Смартфоны с IrDA станут универсальными пультами для многих устройств в доме: кондиционеров, телевизоров, умных ТВ-приставок и т.д. Например, ИК-портом оснащены некоторые смартфоны Xiaomi Redmi Note 2.

Данных о текущем размере рынка в открытом доступе нет.

WiMax уже не вернуть

Стандарт WiMax разработан в 2001 году. В 2005 году обновление стандарта позволило передавать данные на скорости до 25 Мбит/сек. Это было выше показателей 3G-сетей в некоторых странах. Например, сеть 3G даже в 2009 году в Москве была представлена фрагментарно. Крупнейшим игроком на рынке WiMax была Yota. В 2008 году оператор запустил сети в Москве и Санкт-Петербурге.

Обновление стандарта в 2011 году до WiMax 2 (WMAN-Advanced) позволило передавать данные на скорости до 1 Гбит/сек. В 2012 году Международный союз электросвязи выбрал в качестве стандарта для четвертого поколения связи (4G) технологии LTE Advanced (LTE-A) и WiMax 2. Однако с 2012 года сети WiMax в России начали сворачивать многие операторы, в том числе Yota, и переводить абонентов на LTE.

В 2016 году сети WiMax демонтировала ТТК. В 2017 году последним крупным оператором, который в том числе организует доступ в интернет по WiMax, оставалась компания «Энфорта». Ее представитель сообщал об отсутствии планов перехода на LTE.

Эксперты отмечают, что WiMax уступил LTE по нескольким причинам. Во-первых, многие провайдеры не рассматривали частный сектор и малые города как приоритетные для оказания услуг, поэтому WiMax в основном пользовались жители многоэтажек мегаполисов. Развертывание фиксированного ШПД привело к оттоку абонентской базы WiMax. Во-вторых, в 2008 году настал мировой финансовый кризис. Это ограничило операторов в финансах. Для строительства сетей WiMax требовались инвестиции, а для развертывания LTE, зачастую, достаточно было программного обновления базовых станций 3G.

UWB: темная лошадка среди WLAN

UWB (Ultra-Wide Band, сверхширокая полоса частот) – это технология радиосвязи с высокой пропускной способностью на коротких расстояниях с минимальными затратами энергии на прием и передачу данных. Часть UWB-устройств может работать без подзарядки годами.

Развитием технологии в 2004 году занялась некоммерческая организация UWB Forum. Но из-за внутренних разногласий она была распущена в 2006 году. И только спустя 12 лет у технологии появился куратор: UWB Alliance. Некоммерческая организация UWB Alliance создана 18 декабря 2018 года. Ее учредителями стали Hyundai, Kia, Zebra, Decawave, Alteros, Novelda и Ubisense.

Скорость передачи данных в UWB зависит от частоты и удаленности от объекта. Например, в диапазоне частот свыше 500 МГц она достигает 480 Мбит/сек, если объект находится в 3 метрах от передатчика. Удаление на расстояние до 10 метров снижает скорость до 110 Мбит/с.

Спектр применения UWB широк: определение местоположения, отслеживание объектов в режиме реального времени, радиолокация, беспроводной доступ в сеть и обмен короткими сообщениями. Возможно, эта технология, наряду с 5G, станет основой для общения подключенной транспортной инфраструктуры и самоуправляемых автомобилей.

Спецификацию UWB (802.15.4z) планируется опубликовать во второй половине 2019 года.

Как будут развиваться WLAN

Беспроводные технологии малого радиуса используются для городских нужд и в коммерческом секторе. Промышленные предприятия еще не задействовали WLAN в полной мере – это вопрос будущего. Аналитики ABI Research считают, что возможности WLAN пригодятся для предиктивного обслуживания техники, удаленного мониторинга ее состояния, анализа больших данных, повышения уровня безопасности труда, создания систем определения местоположения в реальном времени (RTLS), отслеживания активов, приложений для робототехники и т.д.

Беспроводные технологии малого радиуса действия нужно сделать простыми для внедрения, управления, понятными в аспекте стоимости для конечных заказчиков. Предприятия все равно перейдут на использование WLAN, так как возможностей проводных решений уже недостаточно.

В оформлении статьи использована фотография depositphotos.com

 

Group 40Group 44Group 43Group 46Group 41Group 27Group 42Group 39