Сравнительный анализ беспроводных технтехнологий

Области применения Bluetooth практически включают все сферы действия – радиотелефоны  и пейджеры, модемы, адаптеры локальных  сетей, настольные компьютеры, ноутбуки, ручные компьютеры и многое другое. Bluetooth обеспечивает радиосвязь в пределах до 10м/100 м и не требует прямой видимости источника сигнала  и абонента.

Достоинства технологии:

• использует нелицензируемый диапазон частот ISM;
• легкость в использовании;
• возможность замены любых кабелей;
• гальваническая развязка соединений;
• возможность соединения мобильных компьютеров с другими мобильными устройствами;
• автоматическая конфигурация “plug and play”;
• поддержка передачи голоса и данных;
• возможность создания наращиваемых микросетей;
• устойчивость к помехам, что обеспечивается передачей сигналов методом Frequency Hopping Spread Spectrum;
• малые габариты и легкость интеграции;
• низкое энергопотребление;
• использование по всему миру;
• открытый стандарт;
• возможность работы разных устройств между собой;
• надежность и стойкость к внешним воздействиям. [40, c.45]

Bluetooth –  название, данное новому стандарту  IEEE 802.15.1 современной беспроводной  технологии, использующему радиоволны  для передачи данных на небольших  расстояниях и заменяющему кабель  для соединения мобильных и/или  фиксированных электронных устройств.  Этот стандарт позволяет соединять  друг с другом при минимальном  пользовательском участии практически  любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты  и даже холодильники, микроволновые  печи, кондиционеры. Технология также  предлагает домашним приборам  и портативным устройствам беспроводный  доступ к различного типа сетям,  в том числе: LAN, PSTN, сотовым сетям  мобильных телефонов и Интернет. [32, c.25]

За счет использования технологии Bluetooth формируется  широкий набор новых сервисов, среди которых выделим следующие:

• автоматическая синхронизация компьютеров и мобильных телефонов (например, как только осуществляется ввод новых данных в адресную книгу в ноутбуке, автоматически происходит модификация соответствующих записей в настольном компьютере, и наоборот);
• автоматическая резервная синхронизация, при которой обеспечивается автоматическая передача информации с одного ПК через сотовый телефон на другой ПК;
• соединение между собой всех периферийных устройств, при котором обеспечивается беспроводное соединение ПК с принтером, сканером и локальной вычислительной сетью;
• оперативное составление электронных сообщений с использованием портативного ПК и их немедленная рассылка с помощью мобильного телефона;
• беспроводная связь автомобильного комплекта “hands free” с сотовым телефоном, находящимся в скрытом состоянии, что позволяет “hands free” не только соединяться с ним, но и осуществлять голосовое управление телефоном (включение/выключение, набор номера и др.);
• беспроводная передача фотографий и видеоклипов через мобильный телефон с возможностью добавления нужных комментариев посредством клавиатуры на телефоне перед их отправкой адресату;
• соединение нескольких абонентов для обмена информацией;
• использование ноутбука для доступа в Интернет независимо от вида подключения;
• использование портативного ПК в качестве спикерфона (соединив беспроводный головной телефон (headset) с ноутбуком, можно использовать его в любом месте) [34, c.40].

ZigBee — название набора сетевых протоколов верхнего уровня, использующих маленькие, маломощные радиопередатчики, основанные на стандарте IEEE 802.15.4. Этот стандарт описывает беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). ZigBee нацелена на приложения, которым требуется длительное время автономной работы от батарей и высокая безопасность передачи данных, при небольших скоростях передачи данных.

Основная  особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при относительно невысоком энергопотреблении поддерживает не только простые топологии беспроводной связи, но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений.

Области применения данной технологии — это построение беспроводных сетей датчиков, автоматизация жилых и строящихся помещений, создание индивидуального диагностического медицинского оборудования, системы промышленного мониторинга и управления, а также при разработке бытовой электроники и персональных компьютеров.

Для обеспечения  совместимости устройств данного  класса в 2002 году по инициативе компании Philips был образован Альянс ZigBee (ZigBee Alliance), в который сегодня входят компании из 22 стран. Протоколы ZigBee разработаны с учетом максимального энергосбережения: большую часть времени устройства находятся в спящем режиме и только изредка проверяют, поступили ли к ним обращения. Дальность связи между двумя от 10 до 75 метров.

Альянс  ZigBee — является органом, обеспечивающим и публикующим стандарты ZigBee, он также публикует профили приложений, что позволяет производителям изначальной комплектации создавать совместимые продукты. Текущий список профилей приложений, опубликованных, или уже находящихся в работе:

• Домашняя автоматизация
• Рациональное использование энергии (ZigBee Smart Energy 1.0/2.0)
• Автоматизация коммерческого строительства
• Телекоммуникационные приложения
• Персональный, домашний и больничный уход
• Игрушки

Сотрудничество  между IEEE 802.15.4 и ZigBee подобно тому, что было между IEEE 802.11 и альянсом Wi-Fi. Спецификация ZigBee 1.0 была ратифицирована 14 декабря 2004 и доступна для членов альянса ZigBee. Сравнительно недавно, 30 октября 2007 г., была размещена спецификация ZigBee 2007. О первом профиле приложения — «Домашняя автоматизация» ZigBee, было объявлено 2 ноября 2007. ZigBee работает в промышленных, научных и медицинских (ISM-диапазон) радиодиапазонах: 868 МГц в Европе, 915 МГц в США и в Австралии, и 2.4 ГГц в большинстве стран в мире. Как правило, в продаже имеются чипы ZigBee, являющиеся объединёнными радио- и микроконтроллерами с размером Flash-памяти от 60К до 128К таких производителей, как Jennic JN5148, Freescale MC13213, Ember EM250, Texas Instruments CC2430, Samsung Electro-Mechanics ZBS240 и Atmel ATmega128RFA1. Радиомодуль также можно использовать отдельно с любым процессором и микроконтроллером. Как правило, производители радиомодулей предлагают также стек программного обеспечения ZigBee, хотя доступны и другие независимые стеки [46].

Так как  ZigBee может активироваться (то есть переходить от спящего режима к активному) за 15 миллисекунд или меньше, задержка отклика устройства может быть очень низкой, особенно по сравнению с Bluetooth, для которого задержка, образующаяся при переходе от спящего режима к активному, обычно достигает трёх секунд. Так как ZigBee большую часть времени находится в спящем режиме, уровень потребления энергии может быть очень низким, благодаря чему достигается длительная работа от батарей [47, c.26].

Первый  выпуск стека сейчас известен под  названием ZigBee 2004. Второй выпуск стека называется ZigBee 2006, и, в основном, заменяет структуру MSG/KVP, использующуюся в ZigBee 2004 вместе с «библиотекой кластеров». Стек 2004 года сейчас более или менее вышел из употребления. Реализация ZigBee 2007 в настоящее время является текущей, она содержит два профиля стека, профиль стека № 1 (который называют просто ZigBee) для домашнего и мелкого коммерческого использования, и профиль стека № 2 (который называют ZigBee Pro). ZigBee Pro предлагает больше функций, таких как широковещание, маршрутизацию вида «многие-к-одному» и высокую безопасность с использованием симметричного ключа (SKKE), в то время как ZigBee (профиль стека № 1) занимает меньше места в оперативной и Flash-памяти. Оба профиля позволяют развернуть полномасштабную сеть с ячеистой топологией и работают со всеми профилями приложений ZigBee.

Ultrawideband (UWB) — сверхширокополосная связь — получила такое название благодаря тому, что в этом стандарте используется самый широкий из распространенных сегодня технологий диапазон частот. Эта беспроводная технология предназначена для передачи данных на короткие (до 10 м) расстояния с высокой пропускной способностью (до 480 Мбит/с) и низкой потребляемой мощностью. UWB обеспечивает передачу видео между устройствами бытовой электроники и периферийными устройствами ПК. Одно из основных преимуществ этой технологии заключается в том, что она не создает помех для других беспроводных технологий, используемых в настоящее время, — таких как Wi-Fi, WiMAX и сотовая связь.

Нами  было проработано несколько ресурсов с определением термина Wi – Fi, результаты работы представлены в Таблице 3.

Таблица 3 – Wi – Fi

Технологии WLAN базируются на семействе стандартов 802.11. Многие организации и домашние пользователи используют Wi-Fi (Технологии WLAN, базирующиеся на семействе стандартов 802.11, часто обозначают термином Wi-Fi. Изначально данный термин был введен организацией Wi-Fi Alliance, для обозначения продуктов серии стандарта 802.11b, однако сегодня этот термин применятся для продуктов, соответствующих любому стандарту из семейства 802.11) как альтернативу проводным локальным сетям. Помимо беспроводных домашних и офисных сетей технология Wi-Fi нашла широкое применение в сфере организации публичного доступа в Интернет.

Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT&T в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с [51, c.25].

Стандарт IEEE 802.11n был утверждён 11 сентября 2009 года. Его применение позволяет повысить скорость передачи данных практически  вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с [29, c.6].

Обычно  схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта. [15, c.25]

Однако, стандарт не описывает все аспекты  построения беспроводных локальных  сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

По способу  объединения точек доступа в  единую систему можно выделить:

• Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)
• Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)
• Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)