Nowe radio w przedpokoju

Sieci Wi-Fi to dopiero początek radiowej rewolucji. W poczekalni czekają już kolejne przełomowe technologie: Ultrawideband, WiMAX i ZigBee. Gdy świat emocjonuje się kolejnymi urządzeniami do bezprzewodowej transmisji danych w standardzie Wi-Fi opartym na specyfikacjach IEEE 802.11a/b/g, w zaciszu laboratoriów powstają nowe rozwiązania radiowe.

Inteligencja z automatu

Oprócz poprawy podstawowych osiągów sieci WiMAX mają zapewniać znacznie doskonalsze rozwiązania w zakresie konfiguracji i zarządzania ruchem. Transmisja od operatora do klienta odbywa się w trybie TDM (Time Division Multiplexing), natomiast w odwrotną stronę - z wykorzystaniem TDMA (Time Division Multiple Access).

Dzięki bogatej sygnalizacji stacja bazowa może dynamicznie uzgadniać z terminalami klientów warunki transmisji, m.in. zmieniać przydzielane im kanały logiczne, zakresy częstotliwości, długość i odstępy pomiędzy oknami transmisyjnymi, moc sygnału, sposób modulacji itd. Możliwość adaptacji do zmieniających się warunków propagacji i obciążenia pozwala, jak twierdzą uczestnicy konsorcjum WiMAX, już na starcie podwoić pojemność sieci. Na podniesienie pojemności i przepustowość sieci WiMAX ma także wpływać tzw. wyprzedzająca korekcja błędów, pozwalająca na rezygnowanie z kosztownych pod względem czasu i pasma tradycyjnych protokołów opartych na potwierdzeniach.

Żądania zmiany konfiguracji transmisji mogą być inicjowane zarówno przez stację bazową, jak i terminale oraz uwzględniać porozumienia typu QoS. Terminale mogą nawet przekazywać żądania przyznania pasma za pośrednictwem mniej obciążonych pobliskich terminali, tworząc sieć typu mesh. Ponadto kilka interfejsów logicznych MAC można przypisać pojedynczemu interfejsowi (portowi) fizycznemu, i odwrotnie - jeden adres MAC może być obsługiwany równolegle przez wiele urządzeń fizycznych.

Jako jedno z nielicznych rozwiązań radiowych do zastosowań powszechnych, WiMAX ma być wyposażony w silne szyfrowanie na poziomie medium fizycznego przy użyciu algorytmów 3DES z kluczem 128-bitowym, a także algorytmami RSA z kluczami o długości 1024 bitów. Dzięki temu WiMAX może być częściej wybierany jako alternatywa dla linii naziemnych.

Droga do edenu

WiMAX nie jest pozycjonowany jako konkurencja dla sieci Wi-Fi, lecz ich uzupełnienie, np. do zapewnienia połączenia wysp Wi-Fi z Internetem. Przede wszystkim jednak WiMAX ma szansę sprawdzić się tam, gdzie dostarczanie szeroko-pasmowego Internetu było nieopłacalne z powodu rozdrobnienia infrastruktury, np. na wsi.

Podobnie jak w przypadku Ultrawideband, od standardu WiMAX do opartych na nim produktów upłynie jeszcze trochę czasu. Ponieważ WiMAX obejmuje bardzo szerokie spektrum częstotliwości, tylko nieliczne grono firm opanowało sztukę produkcji elementów półprzewodnikowych i oprogramowania sterującego transmisją w tak różnorodnych środowiskach.

Analogicznie jak UWBWG, konsorcjum WiMAX zdecydowało się na stworzenie profili zastosowań, dających szansę na zgodność ze standardem tym rozwiązaniom, które potrafią wykorzystać tylko część pełnego pasma WiMAX. W ten sposób powstaje jednak nowy problem - urządzenia pochodzące od różnych producentów muszą umieć wzajemnie zidentyfikować swoje profile. Kwestii związanych z kompatybilnością jest zresztą znacznie więcej. Biorąc jednak pod uwagę determinację przemysłu telekomunikacyjnego do przełamania niechęci inwestycyjnej operatorów, może to nastąpić szybciej, niż się wydaje.

ZigBee - Logika rozsypana

Gdzie Bluetooth się łamie

Porównanie najważniejszych charakterystyk Bluetooth i ZigBeeTechnologia o wdzięcznej nazwie ZigBee (w wolnym tłumaczeniu: zwinna pszczółka) to próba rozwiązania problemów, których - mimo obietnic - nie usunął standard Bluetooth. Firmy tworzące konsorcjum ZigBee Alliance twierdzą, że mimo licznych podobieństw, różnice pomiędzy obiema technologiami są na tyle istotne, że każda z nich nadaje się w praktyce do innych zastosowań.

Protokół rozbieżności

Bluetooth jest funkcjonalnym zamiennikiem przewodu miedzianego, próbuje bowiem pogodzić dwa sprzeczne ze sobą wymagania: nieduże zużycie energii i relatywnie szybką transmisję danych - ok. 720 Kb/s. Bluetooth przewiduje stosunkowo rzadkie, np. raz dziennie, przesyłanie dużych porcji informacji, m.in. synchronizację między komputerem palmtop a komputerem PC lub kopiowanie zdjęć z aparatu cyfrowego. Standard ZigBee jest zaś nastawiony na częste przesyłanie drobnych, zwykle tekstowych, komunikatów. Z tego powodu ZigBee nie maksymalizuje transferu danych - prędkość transmisji może sięgać co najwyżej 250 Kb/s, a w typowych środowiskach zaledwie 20 lub 40 Kb/s.

Model uzupełniania energii w technologii Bluetooth jest oparty na regularnym doładowywaniu akumulatora. ZigBee zakłada, iż zdalne urządzenia nie będą doładowywane częściej niż co 2 lata, co dla wielu z nich może oznaczać cały ich cykl "życia". Bluetooth nie jest technologią "pospieszną" - wykrywanie nowych urządzeń w zasięgu sieci trwa co najmniej 3 s. Tyle samo mniej więcej trwa aktywacja urządzenia ze stanu "uśpienia".

ZigBee to tymczasem technologia czasu rzeczywistego - urządzenia wykrywają się nawzajem w ciągu ok. 30 ms, a aktywacja trwa ok. 15 ms.

Zasięg Bluetooth kończy się ok. 10 m od nadajnika. ZigBee sięga dalej - do ok. 75 m, a przy tym, komunikując się z wieloma urządzeniami jednocześnie, nadajnik ZigBee dostosowuje moc sygnału do odległości, co ma niebagatelny wpływ na czas pracy akumulatorów. Bluetooth wciąż utrzymuje tę samą moc sygnału. Twórcy ZigBee poszli w kierunku minimalizacji kosztów jednostkowych do poziomu centów, a nie dolarów, jak w przypadku Bluetooth.

Architektura sieci Bluetooth jest dwuwarstwowa (kontroler i zależne od niego urządzenia typu slave). W sieciach ZigBee występują trzy typy urządzeń: kontroler sieci, który z założenia jest na stałe podłączony do stałego źródła zasilania, "zwykły" węzeł sieci i "czujka", mogąca komunikować się tylko z węzłem sieci. Pojedyncza sieć Bluetooth nie może komunikować się z inną, a w jej ramach liczba urządzeń jest ograniczona do raptem kilku. Sieć ZigBee może mieć do 256 urządzeń, a ponadto może łączyć się z innymi, podobnymi sieciami, tworząc rozległe, skomplikowane struktury drzewiaste. Wszystkie ważniejsze różnice między obiema technologiami zawiera tabela.

Gwiezdny pył i pieniądze

Ostateczna specyfikacja warstwy fizycznej i MAC sieci ZigBee została właśnie zatwierdzona przez IEEE w formie standardu 802.15.4. Teraz przyszedł czas, by niskopoziomowy standard trafił do twórców konkretnych aplikacji. O tym, czemu potencjalnie mogą służyć rozwiązania ZigBee, można się przekonać, przeglądając skład konsorcjum ZigBee Alliance. Należą do niego prawie wszyscy giganci przemysłu pomiarowo-kontrolnego, m.in. Honeywell, Invensys, Mitsubishi, Motorola i Philips.

Wśród potencjalnych aplikacji wymienia się przede wszystkim wszelkiego rodzaju automatykę (domową, przemysłową, samochodową itp.), interaktywne zabawki i zastosowania określane jako RFID (Radio Frequency ID), czyli np. radiowe metki do towarów. Można spodziewać się, że rozwiązania oparte na nowej technologii pojawią się wkrótce - prawdopodobnie już w przyszłym roku. Kto wie, być może to właśnie standard ZigBee zostanie wykorzystany jako medium dla rozwiązań typu Star Dust, o których mówili przedstawiciele Microsoftu na tegorocznych targach CES w Las Vegas?