Os sinais sem fio são uma das opções de comunicação mais utilizadas, desde suas estações de rádio e TV locais favoritas até seu telefone celular. Algumas das tecnologias sem fio mais importantes, aquelas que executam sua internet doméstica e o número crescente de dispositivos inteligentes na Internet das Coisas ou IoT são regulados por uma variedade de protocolos sem fio. Dependendo do uso, o alcance pode ser
até vários quilômetros ou apenas alguns centímetros .
Opções de Internet de longa distância
Se você não mora em uma área servida por provedores de internet convencionais, suas opções tradicionalmente se limitam a discagem ou satélite, nenhum dos quais é especialmente bom em conteúdo de internet moderno e rico. A tecnologia sem fio pode preencher essa lacuna de algumas maneiras diferentes, fornecendo serviço onde de outra forma não estaria disponível.
Serviço doméstico por meio de LTE
Em áreas onde a internet por cabo e fibra não é econômica, o mesmo
LTE A tecnologia que fornece cobertura de internet em seu celular também pode ser aproveitada para fornecer internet sem fio para usuários domésticos. Ele pode ser entregue na rede celular existente pelas principais operadoras ou por provedores de serviços independentes que optam por montar suas próprias torres. As velocidades variam entre os provedores, com a tecnologia atual de 4ª geração,
4G , oferecendo
velocidades de até respeitáveis 100 Mbps , enquanto o próximo
5G a tecnologia poderia
teoricamente chegar a 10 Gbps .
Internet com linha de visão
Serviços de Internet de linha de visão use o que se resume a uma versão de alta potência do Wi-Fi convencional, que transfere seu sinal de ponto a ponto usando
antenas altamente direcionais . Como ele transmite seus sinais para um ponto bem focado, é menos provável que esse tipo de serviço interfira com outros dispositivos e pode usar um sinal de maior potência que, de outra forma, seria ilegal sob os regulamentos da FCC. As velocidades são normalmente de até 25 Mbps, o que é aceitável para a maioria dos usos, se não for o ideal.
Internet para dispositivos em áreas amplas
Com a ascensão da Internet das Coisas e sua horda de dispositivos inteligentes e semi-inteligentes, há também a necessidade de tecnologia sem fio que possa funcionar com um grande número desses dispositivos de baixo consumo em grandes áreas urbanas e suburbanas. A tecnologia LTE também pode funcionar para eles, embora seu consumo de energia seja relativamente alto. Uma tecnologia competitiva é o
protocolo de rede de longa distância de longo alcance ou
LoRaWAN com um alcance de alguns quilômetros em ambientes urbanos e até três vezes maior em áreas suburbanas menos densas.
IEEE e o protocolo Wi-Fi
Como muitas coisas elétricas, a tecnologia sem fio que você usa em sua casa é baseada em especificações de projeto estabelecidas pelo Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos, ou IEEE. Nesse caso,
a especificação real é chamada de 802.11, e foi atualizado ao longo dos anos para refletir – e incentivar – melhorias na tecnologia. Essas alterações são descritas adicionando letras, como
g ,
n ou
ac após o número. Por conveniência, essas variações nas especificações são chamadas de
wireless g ,
sem fio n ,
ac sem fio e assim por diante.
Um guia rápido de rede sem fio
Seu Wi-Fi doméstico é conhecido como uma
rede local sem fio ou WLAN, mas a maioria das pessoas apenas o chama de Wi-Fi e deixa por isso mesmo. Uma rede Wi-Fi gira em torno de um dispositivo de rede central, chamado ponto de acesso, que fornece comunicações bidirecionais com todos os dispositivos conectados à rede. Cada dispositivo, por sua vez, precisa ter uma placa de interface de rede sem fio, ou NIC, para se comunicar com o ponto de acesso. Os protocolos sem fio que eles usam variam muito em alcance e desempenho e estão melhorando a cada geração.
Banda de 2,4 GHz vs. Banda de 5 GHz
A maioria das comunicações Wi-Fi ocorre em duas bandas distintas de frequências de rádio, a banda de 2,4 GHz e a banda de 5 GHz. Essas bandas são minimamente regulamentadas e são usadas para uma variedade de dispositivos de consumo, desde babás eletrônicas até telefones sem fio. Eles são bons em coisas diferentes. As frequências na banda de 5 GHz podem transportar mais dados mais rapidamente, mas as na banda de 2,4 GHz têm maior alcance e são melhores em atravessar paredes. Historicamente, 2,4 GHz tem sido usado em mais dispositivos, mas isso significa que
as frequências de 2,4 GHz são mais congestionadas e propensas a interferências .
Wi-Fi inicial com wireless A e B
As primeiras versões da especificação Wi-Fi 802.11 a chegar ao mercado eram
sem fio e
b , que foram padronizados no final dos anos 90 e se tornaram produtos reais no início dos anos 2000. Cada um usou uma banda diferente.
b sem fio usava a banda de 2,4 GHz e era capaz de funcionar em rede a velocidades de até 11 megabits por segundo e alcance de até 150 pés.
Sem fio um usava a banda de 5 GHz e tinha throughput de até 54 Mbps, mas seu alcance era de apenas 25 a 75 pés.
b sem fio melhor alcance e custo relativamente baixo tornou o mais popular dos dois.
Wi-Fi convencional com Wireless G
O primeiro protocolo Wi-Fi a ter grande sucesso no mercado consumidor foi o
802.11g ou
g sem fio . Ele usava a mesma banda de 2,4 GHz que
b sem fio , por isso era compatível com equipamentos mais antigos usando esse padrão, mas a 54 Mbps agora oferecia desempenho comparável a redes sem fio. Isso foi bom o suficiente para a maioria dos usuários domésticos, e
g sem fio era muito popular durante a primeira década dos anos 2000.
Desempenho aprimorado com Wireless N
À medida que o Wi-Fi se tornou mais útil e popular, os usuários precisavam de melhor desempenho para lidar com streaming de vídeo e outros aplicativos exigentes. O
802.11n especificação, que surgiu em 2009, abordou isso com alguns ajustes técnicos importantes, principalmente girando em torno de
Antenas de múltiplas entradas e saídas múltiplas ou
MIMOs , que permitia velocidades de até 300 Mbps. Também oferecia ligação de canal, a opção de usar canais separados para tráfego upstream e downstream, o que
aumentou a taxa de transferência potencial – pelo menos em teoria – para 600 Mbps . Ele usava frequências de 2,4 e 5 GHz, por isso era compatível com dispositivos que usavam
sem fio ,
b e
g .
AC sem fio aumenta a aposta
O
ac sem fio A especificação, datada de 2014, refinou ainda mais essa tecnologia por meio do uso da
tecnologia MIMO multiusuário ou
MU-MIMO . Isso fornece velocidades básicas de até 433 Mbps por canal e, com a vinculação de canais, é teoricamente possível ter
velocidades de rede sem fio até os gigabits , ou milhares de Mbps.
Acesso sem fio em si opera apenas na banda de 5 GHz, mas muitos fabricantes incluem
n sem fio circuitos também para manter seus roteadores compatíveis com
b sem fio ,
g e
n .
Protocolos sem fio para fins especiais
Existem alguns protocolos 802.11 que não são usados para redes Wi-Fi de uso geral, mas para
comunicações específicas de dispositivo para dispositivo .
Anúncio sem fio, por exemplo, usa a banda de 60 GHz e é realmente muito rápido – potencialmente até 6,7 GHz – mas dentro de um alcance de apenas 10 ou 11 pés. É melhor usado em situações que exigem alta taxa de transferência entre dispositivos próximos um do outro.
Ah sem fio , também conhecido como
Wi-Fi HaLow , usa a banda inferior de 900 MHz para fornecer alcance estendido com taxa de transferência limitada a um máximo de 347 Mbps. Destina-se a fornecer sinais de maior alcance para dispositivos de baixa potência, como aparelhos inteligentes e outros aplicativos de IoT.
O AX sem fio está ao virar da esquina
A demanda por desempenho aprimorado da rede Wi-Fi não desaparecerá tão cedo – muito pelo contrário – então há uma especificação IEEE mais recente chegando ao mercado. Chama-se
machado sem fio , e usa alguns truques digitais para aumentar a taxa de transferência. Ele dobra a largura de cada canal sem fio disponível e permite que os sinais usem apenas as partes de cada canal de que precisam, tornando todo o sistema mais eficiente. Oferece até
quatro vezes o alcance e seis vezes o desempenho do ac sem fio , pelo menos em teoria, e – importante para a IoT – suporta muito mais dispositivos ao mesmo tempo.
Uma mudança na marca Wi-Fi
Embora as especificações usadas para Wi-Fi sejam definidas pelos engenheiros do IEEE, o próprio termo "Wi-Fi" e o logotipo Wi-Fi são de propriedade de um consórcio de fabricantes conhecido como
Wi-Fi Alliance em> . Os engenheiros podem ficar perfeitamente felizes em identificar padrões com letras e números, mas os fabricantes e seus departamentos de marketing gostam de manter as coisas simples e memoráveis. É por isso que a Wi-Fi Alliance anunciou uma nova marca,
renomeando wireless n como Wireless 4, ac como Wireless 5 e axe como Wireless 6 . Esse tipo de sistema de numeração é usado para tudo, desde telefones celulares a franquias de filmes, por isso deve ser mais fácil para os consumidores lembrarem.
Protocolos sem fio orientados a dispositivos
Nem todos os protocolos sem fio se destinam a cobrir grandes áreas ou fornecer ampla capacidade de comunicação.
Alguns dos mais úteis são os padrões de curto alcance destinado a ajudar os dispositivos de baixa potência a interagir uns com os outros. Isso pode afetar a maneira como você interage com um computador, telefone ou outros dispositivos ou como os dispositivos se comunicam diretamente.
Comunicações diretas de radiofrequência
Algumas das formas mais simples de tecnologia sem fio, incluindo um mouse e teclado sem fio padrão, não usam um protocolo sem fio formal. Em vez disso, eles transmitem diretamente por uma frequência de rádio predefinida. Dispositivos mais antigos usam a frequência de 27 MHz, também usada para brinquedos controlados por rádio. Tem um alcance ruim, mas é perfeitamente adequado para dispositivos que compartilham uma mesa. As versões mais recentes usam a banda de 2,4 GHz e podem ser usadas mais distantes, o que é ótimo se você estiver sentado bem atrás de um monitor gigante.
Bluetooth é mais versátil
Os dispositivos de RF precisam de seu próprio receptor para funcionar, mas o Bluetooth não, e é por isso que a
tecnologia Bluetooth é mais versátil. O Bluetooth é baseado em outra especificação sem fio IEEE, 802.15.1, que é descrita como sendo para
redes de área pessoal . As redes de área pessoal destinam-se a
substituir fios e cabos dentro e ao redor de uma única pessoa ou espaço de trabalho . O Bluetooth é uma tecnologia usada nesse tipo de rede porque se conecta de maneira confiável, usa relativamente pouca energia e pode suportar até oito dispositivos simultaneamente.
Como o Bluetooth funciona
O Bluetooth conecta dispositivos em uma fatia da banda de 2,4 GHz. Quando os dispositivos são conectados pela primeira vez ou
emparelhados através do Bluetooth, eles criam um código de segurança único como uma espécie de aperto de mão secreto entre eles. Depois de emparelhados, eles
reconectam-se automaticamente no futuro e não requer nenhuma configuração adicional. A taxa de transferência de dados do Bluetooth é relativamente baixa, por isso é usada principalmente para dispositivos de entrada e saída, como mouses e teclados, alto-falantes e microfones e fones de ouvido.
Bluetooth de baixa energia
O baixo consumo de energia sempre fez parte da especificação do Bluetooth porque os dispositivos sem fio são operados por bateria por necessidade, mas mesmo o Bluetooth padrão usa muita energia da bateria para alguns aplicativos. Uma versão revisada,
Bluetooth Low Energy ou
BLE , atende a esse segmento do mercado cortando largura de banda e alcance para
reduzir o consumo de energia . É frequentemente usado em pulseiras de fitness e smartwatches, por exemplo, e também tem potencial para uso com dispositivos IoT.
Comunicações de campo próximo
Comunicação de campo próximo , ou
NFC , é o menor alcance de todos os protocolos sem fio. Ele opera a uma distância de
apenas alguns centímetros , usando chips de muito baixa potência. Você a conhece como a tecnologia usada em aplicativos de toque para pagar para seu telefone, incluindo Apple Pay, Google Pay e Samsung Pay. Também é amplamente utilizado em cartões de chave de segurança e aplicações semelhantes.
Protocolos sem fio para a IoT
Outros protocolos sem fio estão surgindo para atender às necessidades de dispositivos inteligentes individuais e da Internet das Coisas coletivamente. Eles não são orientados para o consumidor como tal, embora os produtos que eles possibilitam certamente sejam. Alguns dos mais proeminentes incluem:
- Tópico: Esse protocolo sem fio se tornou parte do portfólio do Google quando comprou a Nest, líder em automação residencial. Com base no padrão sem fio 802.15.4 do IEEE, é usado nos detectores de fumaça e dispositivos de automação da Nest. Outros fornecedores podem optar por usar o Thread se quiserem ser compatíveis com produtos no ecossistema Nest.
- Zigbee e Zigbee Pro: O Zigbee e o Zigbee Pro operam nas bandas de 2,4 GHz e 900 MHz e podem suportar milhares de dispositivos ao mesmo tempo em qualquer local. Ao contrário do Thread, o Zigbee é apoiado por um consórcio de centenas de fabricantes.
- ZWave e ZWave Plus: Outro protocolo importante para uso de IoT é o ZWave, que é semelhante ao Zigbee, mas projetado para ser mais simples e menos oneroso de implementar. Ele opera nas bandas de 800 e 900 MHz, que oferecem bom alcance e menos interferência do que a banda de 2,4 GHz. Foi criado pela empresa dinamarquesa Zensys, mas agora tem amplo suporte dos fabricantes.
- MQTT: O transporte de telemetria de fila de mensagens foi projetado para dispositivos de baixa potência e baixo rendimento, como sensores relativamente "burros", que não precisam do tipo de rendimento de dados necessário para dispositivos IoT "inteligentes" interativos.
