در مطلب «شبکه‌های کوتاه‌ برد و اینترنت اشیا (IoT)» برخی از پروتکل‌های کوتاه برد معرفی شدند. در این مطلب «فناوری وای‌فای (WiFi) و استانداردهای ۸۰۲٫۱۱» را به‌طور دقیق‌تر بررسی می‌کنیم.

طی ۱۵ سال گذشته، وای‌فای (WiFi) از یک فناوری کُند به یک فناوری قوی و پرکاربرد تبدیل شده است. از آنجایی‌که این فناوری در زندگی صدها میلیون نفر نقش مهم و اساسی دارد، به‌طور مداوم شاهد بهبود آن هستیم. هرچند هنوز هم کاربردهای آن در تجهیزات اینترنت اشیا (IoT) نسبت به دیگر پروتکل‌های ارتباطی محدود است.

در اینجا سه استاندارد اخیر وای‌فای را بررسی می‌کنیم. اما پیش از آن استاندارد IEEE معرفی خواهد شد. موسسه مهندسان برق و الکترونیک یا IEEE یک انجمن حرفه‌ای است که در زمینه ارتباطات الکترونیک فعالیت می‌کند. در ‌IEEE استانداردها و پروتکل‌های صنایع مختلف مانند مخابرات و فناوری اطلاعات تدوین می‌شود. برای هر استاندارد که توسط ‌IEEE تصویب می‌گردد،  یک عدد اختصاص داده می‌شود. ۸۰۲ پیشوندی است که برای معرفی هر پروتکل یا شبکه به کار می‌رود. برای مثال شبکه‌های محلی (LANs) با عدد ۸۰۲٫۳ مشخص می‌شوند و برای شبکه‌های شخصی بلوتوث (PANs) عدد ۸۰۲٫۱۵ تعیین شده است. شبکه‌های بی‌سیم LANs که موضوع این مقاله هستند نیز با ۸۰۲٫۱۱ نمایش‌ داده می‌شوند.

در سال ۱۹۹۷ ‌انجمن ‌IEEE  مبنای استاندارد ارتباطات در شبکه محلی بی‌سیم را منتشر کرد. همان‌طور که گفته شد این استاندارد با ۸۰۲٫۱۱ مشخص می‌گردد. در سال‌های بعد استاندارد ۸۰۲٫۱۱ اصلاحات  زیادی داشت که به بهبود آن کمک کرد. در اینجا ما روی سه استاندارد شبکه‌ وای‌فای (WiFi) که اخیرا به‌وجود آمده است، تمرکز داریم:

• (۸۰۲٫۱۱ah (HaLow: این استاندارد برای سنسورها و کنترلر‌هایی با نرخ داده‌ پایین و برد بلند تعریف شده است.
• ۸۰۲٫۱۱af: این استاندارد برای نرم‌افزارهایی مشابه با HaLaw ایجاد شده است. (این شبکه برای انتقال اطلاعات از طیف‌های استفاده نشده‌ تلویزیون به جای باند فرکانسی ۲.۴ گیگاهرتز و فرکانس ۵ گیگاهرتز استفاده می‌کند.)
• ۸۰۲٫۱۱ad: این استاندارد برای سرعت چندین گیگابیت و شبکه‌ای‌‌ با عملکرد بالا تعریف شده است.

استاندارد ۸۰۲٫۱۱ah (HaLow) – 2016

اکثر استانداردهای وای‌فای (WiFi) در هر دو باند ۲.۴ گیگاهرتز و ۵ گیگاهرتز کار می‌کنند. استاندارد ۸۰۲٫۱۱ah برای افزایش‌ برد نسبتا کم WiFi استفاده می‌شود. به‌خصوص برای سنسورهای اینترنت اشیا (IoT) که نیاز به نرخ داده بالا ندارند. HaLow یک وای‌فای۹۰۰ مگاهرتز برای انتقال بلندبرد داده است.

HaLow  به عنوان یک استاندارد کم مصرف شناخته‌ می‌شود. به این منظور ‌HaLow از زمان بیداری هدف استفاده می‌کند تا مصرف انرژی مورد نیاز دستگاه‌ها برای برقراری اتصال با شبکه کاهش پیدا کند. به این ترتیب دستگاه‌ها برای ارسال و دریافت داده در زمان بسیار کوتاه و در فواصل معین بیدار می‌شوند؛ برای مثال چند میلی‌ثانیه در هر ۱۵ ثانیه.

از مزایای این استاندارد می‌توان به نفوذ بهتر وای‌فای (WiFi) از موانع و دیوارها نسبت به شبکه ۸۰۲٫۱۱ad اشاره کرد. همچنین استاندارد AH با توجه به مصرف انرژی پایین و برد نسبتا بلند، برای کاربردهایی با نرخ داده‌های پایین مناسب است. برای مثال این شبکه در تجهیزات‌ ساختمان هوشمند مانند روشنایی هوشمند، تهویه هوشمند و سیستم امنیتی هوشمند کاربرد دارد.

با وجود اینکه استاندارد AH در دسترس است اما کاربرد زیادی ندارد. استاندارد HaLow در سال ۲۰۱۶ معرفی شد، اما در حال حاضر هیچ محصول واحدی در بازار وجود ندارد که از آن استفاده کند. شاید یک دلیل این موضوع نبود یک استاندارد جهانی باشد. نباید این واقعیت را نادیده گرفت که در بازار تکنولوژی‌ها و شبکه‌های دیگری نیز برای پاسخ به نیازهای اینترنت اشیا (IoT) وجود دارد که در رقابت از وای‌فای (WiFi) پیشی گرفته‌اند.

استاندارد 802.11af (AF) – 2014

استاندارد ۸۰۲٫۱۱af از فرکانس‌های طیف تلویزیونی استفاده نشده در UHF و VHF استفاده می‌کند. از آنجا که این فرکانس‌ها بین ۵۴ مگاهرتز و ۷۹۰ مگاهرتز هستند، AF را می‌توان برای مصارفی با توان پایین و برد بلند استفاده کرد؛ مانند HaLow.

فناوری ۸۰۲٫۱۱af در سال ۲۰۱۴ معرفی شد اما به دلیل برخی محدودیت‌ها هرگز فراگیر نشد. اولین دلیل آن، پیچیدگی در موقعیت‌های جغرافیایی و باند فرکانسی در هر شهر است. از طرف دیگر زیرساخت رادیویی باید به گونه‌ای طراحی شود تا در طول صدها مگاهرتز از باند فرکانسی UHF کار کند. این بدان معناست که برای خرید تجهیزاتی با قابلیت دسترسی به همه این باندهای فرکانسی، باید هزینه بسیار زیادی پرداخت کرد.

از آنجا که ۸۰۲٫۱۱af می‌تواند یکباره از  چندین کانال تلویزیونی استفاده نشده، استفاده کند، برای دستگاه‌هایی با برد بسیار بلند و نرخ داده زیاد مناسب است. با این حال با توجه به هزینه بالای سخت‌افزار و عدم دسترسی به همه کانال‌های ارتباطی در همه شهر‌ها، این استاندارد فقط در سازمان‌هایی که به شبکه بی‌سیم برد بلند نیاز دارند استفاده می‌شود.

استاندارد 802.11ad (AD) – 2012

استاندارد ۸۰۲٫۱۱ ad تفاوت زیادی با استاندارد AH ندارد. استاندارد ‌AH برای فناوری‌هایی با توان مصرفی پایین و دور برد (LPWAN) مناسب است. در حالی که AD یک استاندارد وای‌فای ۶۰ گیگا هرتز با توانایی انتقال نرخ داده بسیار بالا و ارتباط کوتاه برد است. در واقع استاندارد AD یک جایگزین برای فیبر نوری است که می‌تواند اطلاعات را با سرعت ۸ گیگابایت برثانیه ارسال و دریافت کند؛ یعنی ۵۰ برابر سریع‌تر از ۸۰۲٫۱۱n.

این استاندارد نیز کاربرد چندانی ندارد، زیرا بازار آن محدود است. افراد بسیار کمی به سرعت‌های چند گیگابایت در شبکه‌های کوتاه‌ برد نیاز دارند. کاربرد استاندارد ۸۰۲٫۱۱ ad در سازمان‌های مالی و سرمایه‌گذاری است که به دستگاه‌هایی با پهنای باند محدود و کوتاه برد نیاز دارند، همچون ایجاد جریان ویدیویی بی‌سیم و نمایش‌ هم‌زمان داده‌های ضبط شده توسط دوربین.

سایر اصلاحات گذشته و کنونی ۸۰۲٫۱۱

۸۰۲٫۱۱a (1990): WiFi A – این استاندارد در باند فرکانسی ۵ گیگاهرتز بود.

۸۰۲٫۱۱b (2000): WiFi B – استانداردی در باند فرکانسی ۲.۴ گیگاهرتز و اولین پروتکل پرکاربرد بود.

۸۰۲٫۱۱g (2003): WiFi G – این استاندارد سه سال پس از B به بازار آمد و در همان فرکانس نرخ داده ۵۴ مگابایت را منتقل می‌کرد.

۸۰۲٫۱۱n (2007): WiFi N – نرخ انتقال داده این استاندارد بیشتر از نسل‌های قبلی و در حدود ۳۰۰ تا ۴۵۰ مگابایت بر ثانیه بود. البته این موضوع به تعداد آنتن نیز بستگی دارد. پروتکل اصلی ۸۰۲٫۱۱n در باند فرکانسی ۲.۴ گیگاهرتز و ۵ گیگاهرتز کار می‌کرد.

۸۰۲٫۱۱ac (2013): WiFi AC –  این استاندارد نرخ داده ۱ گیگابایت بر ثانیه دارد و ۲۰ بار قدرتمندتر از ۸۰۲٫۱۱n است.

سری مطالب آشنایی با شبکه‌های کوتاه‌برد

• شبکه‌های کوتاه‌ برد و اینترنت اشیا (IoT)
• آشنایی با شبکه‌های کوتاه برد: شبکه زیگ‌بی (ZigBee)
• آشنایی با شبکه‌های کوتاه برد: فناوری بلوتوث (bluetooth) و BLE
• آشنایی با شبکه‌های کوتاه برد:‌ شبکه زی‌ویو (Z-wave)

همچنین برای آشنایی با شبکه‌های LPWAN به مطلب «شبکه‌های LPWAN (دوربرد با توان پایین) و اینترنت اشیا (IoT)» مراجعه کنید.

برخی منابع:

https://www.link-labs.com/blog/future-of-wifi-802-11ah-802-11ad