Wi-Fi bežična mreža - IoT

U početku moramo shvatiti da Wi-Fi radi s radio valovima na visokim frekvencijama, valne duljine u rasponu od 30-150 mm, tako da je duljina antene polovica valne duljine, što znači da je vrlo mala. Učinkovit i upotrebljiv domet je oko 100 m u smislu komunikacije između uređaja na ovim frekvencijama s malom prijenosnom snagom. Radio valovi na tim frekvencijama slabo se šire zbog velikog slabljenja signala tijekom širenja i nemogućnosti da se 'zaobiđu' prepreke (šume, zidovi kuća i slično). Radio valovi na tim frekvencijama slabo se šire zbog velikog slabljenja signala tijekom širenja i nemogućnosti da se 'zaobiđu' prepreke (šume, zidovi kuća i slično). To znači da u osnovi nema zapreka za primjenu na širem geografskom području čim su komunikacijski uređaji dovoljno razmaknuti. A za 'bliske susrete', novi standard uvodi tehnologiju koja suzbija međusobne smetnje na udaljenostima manjim od 100 m, pa je upotrebljivost moguća bez međusobnih smetnji i na kraćim udaljenostima. Wi-Fi 6 je sljedeća generacija standarda u Wi-Fi tehnologiji, poznata i kao 'AX Wi-Fi' ili '802.11ax Wi-Fi', poboljšava trenutni standard Wi-Fi 5 802.11ac, izgrađen kao odgovor na sve veći broj Wi-Fi uređaja. Ako korisnik ima VR uređaj, više pametnih kućnih uređaja ili jednostavno ima velik broj uređaja u svom kućanstvu, tada bi Wi-Fi 6 usmjerivač mogao biti najbolje rješenje za njega. Ono što je ključno poboljšanje možda najbolje ilustrira Broadcom Inc. na narednoj slici, vodeći proizvođač strogo namjenskih dizajniranih čipova.

Slika 7.6.14 Wi-Fi frekventni spektar; 802.11an, 802.11ac i 802.11ax standard.

Što se tiče male veličine antene, u praksi to znači da se ona može staviti u male uređaje, poput pametnog telefona, ali i jednostavne svakodnevne stvari poput žarulje, kućnog prekidača, omotnice za pisma, termometra, dječjeg alarma, kape, jakne , cipele, narukvica, nakit, kutija cigareta, šalica kave, grijač, kuhinjski štednjak, wc školjka, alarm na vratima, mjerač potrošnje struje, mjerač potrošnje vode, nadzorne kamere, slušalice, igraći kontroleri za računalo, tipkovnicu, miš, printer, televizor, zvučnike i druge stvari. Primopredajnik se može postaviti bilo gdje u mali i malo veći uređaj i dolazi se do koncepta IoT (Internet of Things) - Internet stvari.

Slika 7.6.15 IoT koncept.

Ovaj je opis bez ikakvog reda, ali IoT pokriva obično dvije glavne kategorije slučajeva korištenja koji se mogu primijeniti bilo kojoj tehnologiji IoT povezivanja:

• Masovni IoT - Uglavnom povezuje se milijarde objekata, prenoseći malu količinu podataka, uglavnom uređaj na baterije, dizajniran za optimizaciju potrošnje energije i traje do 15 godina nakon instalacije. Mogu pronaći primjenu u mnogim okruženjima kao što su: komunalne usluge, gradovi, poljoprivreda, logistika, zgrade (zračne luke, hoteli, stadioni, višestambene jedinice, kuće, prostorije ...) i lanac opskrbe ili prijevoz.
  
  
• Kritični IoT - Povezivanje milijuna objekata, prenošenje velike količine podataka, većom brzinom prijenosa podataka, s malo latencijom i visokom pouzdanosti, što uglavnom rezultira i većom potrošnjom energije. Primjena u prijevozu (povezano vozilo, kontrola prometa ...), pametnom zdravlju (kirurgija, nadzor pacijenta ...) i industriji (aplikacije u stvarnom vremenu, roboti, daljinska proizvodnja). IoT prema računalnim aplikacijama u konačnici moguć je za djelatnosti poput maloprodaje, proizvodnje i zdravstva uz korištenje Wi-Fi 6 i 5G tehnologije, ovisno o individualnim zahtjevima.

Sve to nema smisla bez 5G mobilne tehnologije koja je opisana na sljedećim stranicama. Wi-Fi 6 i 5G nude komplementarnu funkcionalist. Što se tiče korisničkog iskustva, 5G i Wi-Fi 6 mogu zajedno postići gigabitne brzine uz malo kašnjenje pri prijenosu podataka.

U tehnološkom smislu Wi-Fi 6 je gomila novih mrežnih adaptera, čipseta i pristupnih točaka, s boljim iskustvom komunikacije od strane korisnika. U 2020. godini dodatak Wi-Fi 'nadogradnji' je Wi-Fi 6E. FCC (Federal Communications Commission - Savezna komisija za komunikacije) je donio povijesnu odluku da dozvoli slobodno emitiranje u opsegu na 6 GHz. Wi-Fi povezanost mogla bi biti puno bolja u sljedećih nekoliko godina, zahvaljujući najnovijoj odluci FCC-a. Veliki opseg oko frekvencije od 6 GHz rješava nedostatak Wi-Fi spektra proširenjem na susjedne blokove spektra za smještaj dodatnih 14 kanala od 80 MHz i 7 dodatnih kanala od 160 MHz koji su potrebni za širokopojasne aplikacije koje zahtijevaju brži protok podataka kao što su streaming video zapisa visoke razlučivosti i virtualna stvarnost. Wi-Fi 6E/7 uređaji iskoristit će šire kanale i dodatne kapacitete za postizanje većih mrežnih performansi. Ova odluka gotovo učetverostručuje količinu propusnosti koja je dostupna za korištenje Wi-Fi i IoT uređaja - 1'200 MHz opsega u području od 6 GHz dostupnih za slobodnu uporabu.

Wi-Fi 4 predstavio je MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) tehnologiju koja omogućava više istovremenih prijenosa, ali samo na jedan uređaj istovremeno. Wi-Fi 5 nadogradio je još više na tehnologiji uvođenjem MU-MIMO-a, s dodanim MU-om koji znači Multi-User i omogućavajući više korisnika da istovremeno pristupe bežičnoj mreži bez ometanja ili prigušivanja. Wi-Fi 6 unapređuje ovu tehnologiju korak dalje omogućujući uređajima da istovremeno reagiraju na bežičnu pristupnu točku, ključna sposobnost koja nedostaje kod Wi-Fi 5. Uz to, dok Wi-Fi 5 koristi MU-MIMO kako bi se usmjerivačima omogućilo da komuniciraju s četiri uređaja odjednom, Wi-Fi 6 koristi MU-MIMO kako bi omogućio komunikaciju s do osam uređaja. Još jedna komplikacija još uvijek se koristi od naslijeđenih vojnih i komercijalnih vremenskih radarskih sustava. To dovodi do zahtjeva poznatog kao dinamički odabir frekvencije (DFS - Dynamic Frequency Selection), koji zahtijeva da Wi-Fi uređaji povremeno ispituju prisutnost takvih naslijeđenih radarskih sustava i pomaknu se s kanala na neko vrijeme ako se takav prepozna. Trenutno su i pristupne točke i klijentski uređaji odgovorni za otkrivanje DFS smetnji s radarskih uređaja, i ako to otkriju, pomaknu se s tog kanala. Wi-Fi 6 ide korak dalje, ne koristi problematične radne frekvencije i ne treba DFS, a omogućavanjem uređaja da istovremeno reagiraju na bežičnu pristupnu točku, što je ključna sposobnost koja nedostaje kod Wi-Fi 5. Osim toga, dok Wi-F 5 koristi MU-MIMO kako bi se usmjeravalo istodobno komuniciranje s četiri uređaja, dok Wi-Fi 6 omogućuje za do osam komuniciranja uređaja.

Novi standard pomalo odstupa od prošlih Wi-Fi iteracija usredotočujući se više na poboljšanje performansi u zajedničkim okruženjima, za razliku od pukog povećanja brzine prijenosa podataka izmređu uređaja. U tu svrhu, iako je maksimalni protok koji Wi-Fi 6 podržava 2.4 Gbps, ključno poboljšanje tehnologije Wi-Fi 6 / 802.11ax je poboljšana spektralna učinkovitost standarda. Između ostalog, tehnologija dodaje OFDMA (višestruki pristup s ortogonalnom frekvencijskom podjelom) kako bi se omogućilo opsluživanje različitih uređaja jednim kanalom, davajući različite podnositelje za pojedinačne klijentske uređaje. Wi-Fi 6 također dodaje obveznu podršku za MU-MIMO - značajku koja je prvi put dodana u 802.11ac Wave 2 - kao i fokusiranje zračenja radi boljeg dosezanja pojedinih klijenata. Još bolje performanse nudi najnovija generacija uređaja prema standardu WI-FI 7, kako bi se zadovoljili zahtjevi za pokretanja aplikacija, kao što je VR/AR, kod kojih se postojeće Wi-Fi mreže u tim frekvencijskim opsezima suočavaju sa nižom kvalitetom usluge (QoS).

Svakog je dana sve više je proizvođača Wi-Fi 6 i Wi-Fi 7 uređaja, ali jedan je posebno specifičan u pogledu funkcionalnosti i dizajna - NETGEAR ORBI Wi-Fi Sistem.

Slika* 7.6.16 Orbi Wi-Fi kabelski / žični pristupnik. ( + / - )

Na slici 7.6.16a prikazan je kućni kabelski pristupnik (gateway), a sličan je i ORBI sustav prikazan na slici 7.6.16b s žičnom vezom, koji je omogućava da se korisni domet može proširiti satelitskim uređajima, za upotrebu unutar kuće ili izvan nje s ORBI vanjskim satelitom.

Slika 7.6.17 ORBI pristupnik (gateway) s jednim satelitom u kućnom okružju.

Osnovne mogućnosti ORBI uređaja prikazane su u sljedećoj tablici.

Ostanimo u kućnom okruženju. Sve IoT uređaje može nadzirati korisničko računalo ili pametni telefon. ORBI ima programsku porporu (Software) za PC, Mac, Android i IOS.

Slika 7.6.18 Nadzor pametnim telefonom.

Postavkama usmjerivača upravlja se putem web-sučelja koje funkcionalno ima istu svrhu kao i kod pristupnika (gateway) opisanog na prethodnim stranicama. Naravno, prikazi na zaslonu su različiti, ali svrha postavki je ista i nema smisla opisivati ih odvojeno. Jedno je sigurno, u sljedećih deset godina uporaba Interneta bit će potpuno drugačija nego sada.

U osnovi SOHO uređaji djeluju u dva mrežna okruženja.

• Javna mreža - Mreža ISP-a koja povezuje korisnike s Internetskom infrastrukturom preko TCP/IPv6 skupa protokola. Svaki korisnik ima jedinstvenu IP adresu prema pristupniku (GATEWAY), koja se razlikuje kod svake nove veze. Može biti i ista adresa, ali košta. Ključni parametar je brzina prijenosa podataka, a ovisi o potrebama korisnika i novcu koji želi izdvojiti u tu svrhu.
  
  
• Privatna mreža - Unutrašnja mreža, uobičajeno mreža klase ' C ' koja se služi TCP/IPv4 skupom protokola i ima oko 250 mogućih čvorova mreže, što je 'vani' nevidljivo jer pristupnik blokira privatne adrese. Deset godina prije, kada sam pisao ove stranice, Wi-Fi je bio nešto posebno, a sada ima značajnu ulogu u smislu prijenosa podataka u neposrednom okruženju. U neboderu u kojem su svi povezani putem istog ISP-a za kabel moguće je da su uređaji s Wi-Fi značajkama vidljivi svima, pogotovo ako su privatne mreže definirane istim parametrima, a obično jesu. Ako su uređaji zaštićeni lozinkom, nije ih moguće lako 'provaliti', ali smetnje između mreža su velike. Tu u igru ulazi Wi-Fi 6, koji će to znatno smanjiti s BSS mehanizmom. BSS (Basic Service Set) je u osnovi dodatni identifikator privatne mreže koji se razlikuje za svaku mrežu i pristupnik 'preslušavajući' Wi-Fi promet odbacuje sve što ne pripada njegovoj mreži.

SAŽETAK:

Wi-Fi 6 je najnovija generacija Wi-Fi dizajna za optimizaciju bežičnog povezivanja i aplikacija za digitalne uređaje poput mobilnih telefona, stambenih prolaza, bežičnih pristupnih točaka i set-top box uređaja. Na temelju standarda IEEE 802.11ax, Wi-Fi 6 pruža prosječne brzine do četiri puta veće od brzine s Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac). S modulacijskom shemom višeg reda 1024-QAM i mehanizmom raspoređivanja resursa uzlazne veze, Wi-Fi 6 može praktički postići brzinu prijenosa podataka veću od jednog gigabita u sekundi. Nadalje, Wi-Fi 6 donosi mnoštvo poboljšanih značajki kako bi maksimizirao korisničko iskustvo u gustim okruženjima i omogućio uporabu velike propusnosti i niske latencije.

• OFDMA - Povećavanje kapaciteta do četiri puta, kao alternativa u kombiniranju OFDM s TDMA.
  
  
• MU-MIMO (multi user - multiple-input and multiple-output) - Istovremeno opsluživanje više uređaja na ograničenom spektru, metodom za umnožavanje kapaciteta radio veze pomoću višestrukih prijenosnih kanal i prijemnih antena za iskorištavanje više mogućih putova.
  
  
• Smarter Access Points - Poboljšanje unutarnje i vanjske povezanosti.
  
  
• Spatial Reuse (BSS Coloring) - Numerički identifikator okvira (frame) podataka s BSS (Basic Service Set). 802.11ax uređaji mogu razlikovati BSS-ove koristeći BSS identifikator boje kada drugi predajnici emitiraju na istom kanalu. Ako je boja ista, smatra se da je to prijenos unutar iste mreže. Drugim riječima, uređaj koji odašilje pripada istom BSS-u kao i prijemnik. Ako otkriveni okvir podataka ima drugu BSS boju od očekivane, tada STA taj okvir smatra tuđim okvirom iz preklapajućeg BSS-a i odbacuje ga. Nema više sukoba sa susjednim vezama
  
  
• Target Wake Time (TWT) - Poboljšanje trajanja baterije uređaja.
  
  
• 160 MHz Channels - Omogućujući multi-gigabitne bežične veze.

Od doma (kuće, stana) do poduzeća do velikih javnih mjesta poput stadiona, borilišta i kongresnih centara, Wi-Fi 6 pruža veći kapacitet za povezivanje više uređaja na više mjesta. Što je još važnije, Wi-Fi 6 pruža veće brzine po korisniku omogućavajući aplikacije koje zahtijevaju više podataka, uključujući 4K UHD streaming video zapisa, igranje igara u stvarnom vremenu i mobilnu proširenu stvarnost (AR). Broadcom vodeći je dobavljač Wi-Fi 6 SoC (sustav na čipu) rješenja za mobilne uređaje, pristupne točke i set-top box aplikacije. Broadcomova Wi-Fi 6 rješenja pružaju nenadmašne performanse i učinkovitost potičući širenje Wi-Fi 6 ekosustava koji uključuje pametne telefone, kućne pristupnike (GATEWAY), Wi-Fi usmjerivače i uređaje za streaming medija. Usput, nova 10. generacija Intel Core procesora, kodnog imena 'Ice Lake', ima integriranu Intel Wi-Fi 6 (Gig+) za nevjerojatno brzu i odzivnu povezanost na tankim i laganim prijenosnim računalima.