2 Bezdrôtové technológie
2.1 Bezdrôtové personálne siete (WPAN)

Bezdrôtové personálne siete sú založené na štandarde IEEE 802.15 [3], [4]. Umožňujú komunikáciu na veľmi malú vzdialenosť, približne 10 metrov. Na rozdiel od iných bezdrôtových sietí pripojenie prostredníctvom WPAN vyžaduje malú alebo žiadnu infraštruktúru alebo priame pripojenie k prostrediu mimo siete. To umožňuje miniatúrne, výkonovo efektívne, lacné riešenia, ktoré sa môžu realizovať pre široký okruh zariadení takých ako smartfón a PDA.

Tieto siete sú charakteristické nízkymi požiadavkami na výkon a malou prenosovou rýchlosťou. Tento druh sieťového prenosu využíva technológie ako Bluetooth, IrDA, ZigBee alebo UWB. Z hľadiska použitia je Bluetooth určený pre bezdrôtovú myš, klávesnicu a súpravu voľné ruky. IrDA je určený na spojenia bod – bod medzi dvomi zariadeniami na jednoduchý prenos dát a synchronizáciu súborov. ZigBee je navrhnutý na spoľahlivé bezdrôtové zosieťovanie monitorovacích a riadiacich sietí, UWB je orientovaný na širokopásmové multimediálne spoje.

Bitová rýchlosť je počet bitov prenesených alebo prijatých za jednotku času (jednotka: bps alebo bit/s).

Modem je zariadenie, ktoré umožňuje počítaču vysielať a prijímať dáta.

Bluetooth

Bluetooth vyhovuje štandardu IEEE 802.15.1. Pôvodne bol Bluetooth navrhnutý z hľadiska nízkej energetickej náročnosti, všesmerového spojenia malého dosahu (bod – viac bodov), lacných zariadení (použité ako náhrada káblov), prepájania zariadení pomocou rádiového ad-hoc pripojenia. V súčasnosti vývojári navrhli vyhovujúce Bluetooth komponenty a systémy pre rad ďalších aplikácií. Táto technológia môže byť prevádzkovaná v troch odlišných triedach zariadení: Trieda 1, trieda 2 a trieda 3, ktorých dosah je približne 100 metrov, 10 metrov a respektíve 1 meter. Využíva sa pásmo 2,4 GHz, v rozsahu pokrytia môže každé z dvoch zariadení zdieľať kapacitu alebo prenosovú rýchlosť 720 kbit/s. Najčastejšie sa používa trieda 2.

Sieť Bluetooth sa často označuje ako pikosieť a môže mať najviac 8 aktívnych zariadení a ich vzájomný vzťah je nadradené – podriadené zariadenie. Prvé zariadenie Bluetooth v pikosieti je nadradené a všetky ostatné zariadenia, ktoré komunikujú s nadradeným, sú podriadené. Pikosieť má typický dosah do 10 metrov, aj keď dosah 100 metrov je možné pri ideálnych podmienkach dosiahnuť. Pre zaistenie bezpečnosti je každé spojenie zakódovaním chránené pred odpočúvaním a interferenciami. Dve pikosiete je možné vzájomne prepojiť a vytvoriť rozptýlenú sieť. Zariadenia Bluetooth môžu participovať v niekoľkých pikosieťach v rovnakom čase, preto musíme počítať s možnosťou prenosu informácie aj mimo oblasti pokrytia jednej pikosiete. Zariadenie v rozptýlenej sieti môže byť podriadené v niekoľkých sieťach, ale nadradené len v jednej z nich.

image
Obrázok 1.2 Rozptýlená sieť Bluetooth pozostávajúca z dvoch pikosietí. Nadradené zariadenie v pikosieti A je podriadené v pikosieti B.

IrDA

Asociácia pre infračervený prenos IrDA (Infrared Data Association) špecifikovala kompletný súbor štandardov pre infračervený prenos. IrDA uvádza, že tento súbor štandardov je možné použiť pri poskytovaní bezdrôtového pripojenia zariadení, ktoré normálne používajú na pripojenie káble. IrDA je štandard navrhnutý na ad-hoc prenos dát pre nízkovýkonové, lacné, jednosmerné (bod – bod) zariadenia, vyžarujúce úzky zväzok (< 30º), pracujúce na vzdialenosť do 1 metra a s rýchlosťami od 9,6 kbit/s do 4 Mbit/s (aktuálne), 16 Mbit/s (vo vývoji). Zariadeniami, ktoré využívajú IrDA sú prenosné počítače, PDA, tlačiarne a kamery.

image
Obrázok 2 Komunikácia IrDA medzi PDA a tlačiarňou (bod - bod)

ZigBee

ZigBee je založený na štandarde IEEE 802.15.4 a bol vyvinutý ako otvorený globálny štandard, aby bolo možné splniť jedinečné požiadavky na ľahkú implementáciu, vysokú spoľahlivosť, nízku cenu, malý výkon a malú rýchlosť prenosu dát sietí bezdrôtových zariadení. ZigBee pracuje v nelicencovaných pásmach vrátane 2,4 GHz, 900 MHz a 868 MHz s maximálnou prenosovou rýchlosťou 250 kbit/s, čo postačuje z hľadiska bezdrôtových snímačov a automatizácie.

ZigBee slúži aj na vytvorenie rozľahlých bezdrôtových sietí nevyžadujúcich vysokú priepustnosť dát. V sieťach ZigBee môžu participovať dva rôzne typy zariadení: zariadenia s plnou funkčnosťou FFD (full-function devices) a zariadenia s redukovanou funkčnosťou RFD (reduced-function devices). FFD môžu pracovať v troch prevádzkových režimoch ako koordinátor WPAN, koordinátor alebo zariadenie. RFD je určené len pre aplikácie, ktoré sú extrémne jednoduché ako je napríklad spínač svetla. ZigBee podporuje tri rozdielne topológie: hviezdicovú, mrežovú a stromovú, ktoré sú uvedené na obrázku 1.4. Pri hviezdicovej topológii sa vytvára spojenie medzi zariadením a centrálnou riadiacou jednotkou, nazývanou WPAN koordinátor. Pri mrežovej topológii môže hociktoré zariadenie komunikovať s každým iným zariadením, ak sú vo vzájomnom dosahu. Stromová sieť je špeciálny prípad mrežovej siete, v ktorej sa väčšina zariadení FFD a RFD môže pripojiť do stromovej siete ako koncový uzol na konci vetvy. Niektorý FED môže pracovať ako smerovač a poskytovať synchronizačné služby iným zariadeniam a smerovačom. Len jeden z týchto smerovačov je WPAN koordinátor.

image
Obrázok 1.4 Schéma štruktúry siete ZigBee

UWB

Technológii ultraširoké pásmo UWB (Ultra Wide Band), založenej na štandarde IEEE 802.15.3, sa v poslednom čase venuje veľká pozornosť nakoľko umožňuje vysokorýchlostnú komunikáciu na krátke vzdialenosti vo vnútri budov. UWB slúži na odlišné účely ako iné technológie uvedené v tejto časti. UWB umožňuje prenos veľkých súborov vysokými rýchlosťami na krátke vzdialenosti. UWB umožňuje prenos dát rýchlosťou od 110 Mbit/s až do 480 Mbit/s, čo môže vyhovovať väčšine multimediálnych aplikácií ako je doručovanie audia a videa v domácich sieťach. Môže slúžiť aj ako bezdrôtová náhrada káblov vysokorýchlostnej sériovej zbernice ako je napríklad USB 2.0 a IEEE 1394. V Amerike boli pre UWB vyčlenené frekvencie v pásme od 3,1 GHz do 10,6 GHz. V Európe sú však vyčlenené frekvencie rozdelené do dvoch častí: od 3,4 GHz do 4,8 GHz a od 6 GHz do 8,5 GHz.

Pri UWB prenosoch sa informácia prenáša pomocou generovania vysokofrekvenčnej energie v špecifických časových intervaloch a obsadením širokého frekvenčného pásma (obr. 1.5), čo umožňuje impulzovú polohovú alebo časovú moduláciu. Informácia môže byť tiež namodulovaná na UWB signály (impulzy) pomocou kódovania polarity impulzu, jeho amplitúdy a/alebo použitím ortogonálnych impulzov. UWB impulzy môžu byť vysielané sporadicky s relatívne nízkymi frekvenciami impulzov, čo je vhodné pre časovú alebo polohovú moduláciu, ale môžu sa vysielať len frekvenciami, ktoré nie sú vyššie ako prevrátená hodnota šírky pásma UWB impulzu.

image
Obrázok 1.5 Využitie výkonu a frekvenčného pásma UWB.