Traadita võrkude sisu ja taust

Traadita kohtvõrgud baseeruvad raadiolainete tehnoloogial. Need on mõeldud mõõdukate andmepakettide edastamiseks ning terve hulga jälgimise, korrastamise ja haldamisega seotud funktsioonide täitmiseks.

Traadita kommnunikatsioonitehnoloogiaid iseloomustab:

  • Kõrge paindlikkus võrgutopoloogia seadistamisel;
  • Puuduvad juhtmed; teisisõnu ei toimud andmeedastusmeediumi kaudu mehhaanilist kandmist;
  • Laiendatud mobiilsus ja kõigi võrguseadmete vaba liikumine;
  • Otsapunktide vaheline väiksem võrguliiklus tänu individuaalsete süsteemisegmentide vahelisele kõrgema tasandi mitte-koostoimele.
  • Asjakohane andmeülekande kiirus;
  • Sobivus tööstuslike automatiseerimisstandarditega nagu DeviceNet, Ethernet jne;
  • Kõigi võrku ühendatud seadmete lihtne ja kiire käivitamine jms.

Traadita võrkude grupid

Kaasaegne WLAN suhtleb tavaliselt üle vahemike, mis varieeruvad ühest kuni mõnesaja meetrini, üle kantakse ainult digitaalset infot. Maksimaalse läbilaskevõime alusel jaotatakse tehnoloogiad kolme gruppi.

Kõrge läbilaskevõimega topoloogia

HIPERLAN/2

Esimene grupp on kõrge läbilaskevõimega topoloogia, mille maksimaalne kiirus ei ole vähem kui 12 Mbps. HIPERLAN/2 tehnoloogiat kasutatakse andmete, kõnede ja piltide edastamiseks tööstuslikes, administratiiv- ja eluhoonetes.

HiperLAN/2 on kõrgjõudlusega traadita LAN-tehnoloogia, mida arendas Euroopa Telekommunikatsioonistandardite Instituut (ETSI). See oli mõeldud pakkuma tõhusaid, kõrge kiirusega ühendusi ja sobima erinevate võrkudega, sealhulgas UMTS, ATM ja IP-võrgud. HiperLAN/2 toetas andmeedastuskiirusi kuni 54 Mbps 5 GHz sagedusalas ja kasutas efektiivseks multimeedia edastamiseks aja jagamise mitmepöördust (TDMA).

Kuigi HiperLAN/2 omadused olid tehniliselt edumeelsed, ei leidnud see standard laialdast kasutust, peamiselt seetõttu, et konkureeris juba turul domineerivate ja laialdasemalt implementeeritud standarditega nagu IEEE 802.11 (Wi-Fi), mis olid lihtsamini rakendatavad ja juba suure turuosaga. Tänapäeval on HiperLAN/2 kasutus väga haruldane ja seda peetakse suures osas vananenuks, arvestades pidevalt arenevaid Wi-Fi standardeid, mis pakuvad suuremat ühilduvust ja toetust kasutajatele. Selle tehnilised saavutused on siiski aidanud kaasa järgnevatele arengutele traadita kommunikatsioonitehnoloogiate vallas.

Ultra Wideband Technology, UWB

Selle tehnoloogia abil on realiseeritud kärglühiulatusega WLAN, mis peaks ulatuma kõrgema tasandi tööstusliku jagamiseni. Definitsiooni kohaselt on ülilairibatehnoloogia (Ultra Wideband Technology, UWB) kanali laius vähemalt 20% kandja sagedusest ja mitte vähem, kui 500 MHz.

Ultra Wideband (UWB) on traadita side tehnoloogia, mis eristub oma laia sagedusribaga, võimaldades väga täpset asukoha määramist ja andmeedastust suure läbilaskevõimega. UWB tehnoloogia kasutab väga lühikesi impulsslaineid, mis levivad laias sagedusvahemikus, tavaliselt vähemalt 500 MHz või rohkem, mis on kuni 20% kandja sagedusest. See võimaldab UWB-l edastada suure hulga andmeid väga lühikese aja jooksul, tehes selle sobivaks rakendusteks, mis nõuavad kõrget andmeedastuskiirust ja madalat viivitust.

UWB tehnoloogia peamised omadused ja eelised on:

  1. Kõrge läbilaskevõime: UWB võib toetada väga suurt andmeedastuskiirust, mõnikord üle 1 Gbps, mis võimaldab kiiret andmevahetust.
  2. Madal energiatarve: UWB impulssid tarbivad väga vähe energiat, mis pikendab seadmete aku eluiga.
  3. Suur läbitungivus ja vastupidavus häiretele: UWB-signaalid suudavad tungida läbi seinte ja muude takistuste, pakkudes usaldusväärset ühendust isegi keerulistes keskkondades.
  4. Täpsus ja turvalisus: UWB võimaldab väga täpset asukoha määramist, kuni sentimeetri täpsusega, mis on kasulik näiteks siseruumide navigatsioonisüsteemides. Samuti on UWB-signaalid raskemini pealtkuulatavad, mis parandab andmeedastuse turvalisust.

Rakendused:

  • Asukoha määramine ja jälgimine: Kasutatakse sisegeolokatsioonis, näiteks kaubanduskeskustes, haiglates ja tööstusrajatistes, kus on vajalik täpne asukoha tuvastamine.
  • Meditsiinitehnoloogia: Kasutatakse meditsiinilistes seireseadmetes, kuna UWB-signaalid on piisavalt nõrgad, et mitte segada teisi meditsiiniseadmeid.
  • Andmeedastus: Kasutatakse andmeedastuseks seadmete vahel, nagu nutitelefonid, arvutid ja muud nutiseadmed, eriti olukordades, kus on vajalik kiire ja usaldusväärne ühendus.

UWB tehnoloogia areng jätkub, ja kuigi see pole veel laialdaselt kasutusel nagu muud traadita tehnoloogiad (nt Wi-Fi, Bluetooth), pakub selle kõrge läbilaskevõime ja täpsus palju võimalusi nii praegustes kui ka tulevastes rakendustes.

Wi-Fi raadiokohtvõrk, Wireless Fidelity

Wi-Fi (raadiokohtvõrk, Wireless Fidelity) tehnoloogia on mõeldud võrkudele, mis tegutsevad vastavalt IEEE802.11 standarditele, mille jaoks termin Wi-Fi tähendab sama, mis Ethernet tähendab IEEE802.3 standarditele. Sellest tehnoloogiast on kaks versiooni, kuid ainult see, mis vastab IEEE802.11a standardile, võimaldab kõrget kiirust. Sellele on omane 300 MHZ sagedusriba 15 kanaliga, igaühes 52 kandjat.

Wi-Fi ja Wi-Fi 5 (tuntud ka kui 802.11ac) on olulised standardid traadita võrkude maailmas, pakkudes laialdasi lahendusi nii kodu- kui ärikasutajatele.

Wi-Fi:
Wi-Fi on traadita võrkude tehnoloogia, mis kasutab raadiolaineid andmeedastuseks. Wi-Fi võimaldab erinevaid seadmeid, nagu arvutid, nutitelefonid ja muud nutiseadmed, ühendada internetiga või omavahel ilma füüsiliste kaablite vajaduseta. Wi-Fi töötab erinevatel sagedustel, peamiselt 2.4 GHz ja 5 GHz, mis võimaldab eri tüüpi andmeedastust.

Wi-Fi 5 (802.11ac):
Wi-Fi 5, tuntud ka kui 802.11ac, on Wi-Fi tehnoloogia viies põlvkond, mis võeti kasutusele 2014. aastal. See pakub oluliselt kiiremat andmeedastuskiirust ja paremat signaali kvaliteeti võrreldes oma eelkäijaga 802.11n. Wi-Fi 5 töötab ainult 5 GHz sagedusel, mis on vähem rahvarohke kui 2.4 GHz, pakkudes sellega vähem häireid ja stabiilsemat ühendust.

Wi-Fi 5 olulisemad omadused:

  • Suurem kiirus: Teoreetiliselt võimaldab see edastada andmeid kiirusega kuni 3.5 Gbps, olenevalt seadmete konfiguratsioonist ja võrgu keskkonnast.
  • Laiem kanalilaius: Wi-Fi 5 kasutab kanalilaiusi kuni 160 MHz, võrreldes varasema maksimaalse 40 MHz-ga Wi-Fi 4 puhul.
  • Tõhusam andmeedastus: Kasutusele on võetud tehnoloogiaid nagu MU-MIMO (Multi-User, Multiple Input, Multiple Output), mis võimaldab ruuteril edastada andmeid mitmele seadmele korraga, parandades nii võrgu efektiivsust.
  • Beamforming: Suunatud signaali tehnoloogia, mis suurendab andmeedastuse tõhusust ja parandab vastuvõtu kvaliteeti, suunates signaali otse seadmetele.

Wi-Fi 5 on eelistatud valik keskkondades, kus on vaja kõrget andmeedastuskiirust ja suurt võrgu töökindlust, nagu suured kontorid ja haridusasutused. See pakub paremat toimetulekut suure hulga ühendatud seadmetega, pakkudes sujuvamat video striimimist ja kiiremat failide allalaadimist.

Kui teil on huvi Wi-Fi tehnoloogia sügavama mõistmise vastu, võib olla kasulik tutvuda IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) dokumentide ja standarditega, mis annavad detailse ülevaate erinevate Wi-Fi standardite tehnilistest nüanssidest.

Wi-Fi 6 ja Wi-Fi 6E Ülevaade

Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) ja Wi-Fi 6E on uusimad Wi-Fi standardid, mis on loodud parandama võrgu efektiivsust, kiirust ja ulatust. Need tehnoloogiad pakuvad mitmeid eeliseid võrreldes varasemate Wi-Fi standarditega, sealhulgas suuremat ribalaiust, väiksemat latentsust ja paremat töökindlust tihedalt asustatud piirkondades.

Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax)

Ribalaius ja Andmeedastuskiirus:

  • Wi-Fi 6 töötab sagedusaladel 2.4 GHz ja 5 GHz.
  • Suurim teoreetiline andmeedastuskiirus on 9.6 Gbps.
  • Parandab võrgu efektiivsust ja läbilaskevõimet, võimaldades rohkemate seadmete üheaegset ühendust ja andmevahetust.

Tehnoloogilised Uuendused:

  • OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access): Jagab iga kanal mitmeks alamkanaliks, võimaldades mitmel seadmel samaaegselt andmeid saata ja vastu võtta, mis vähendab latentsust ja parandab võrgu efektiivsust.
  • MU-MIMO (Multi-User, Multiple Input, Multiple Output): Parandab signaali jaotumist mitme seadme vahel, võimaldades üheaegselt suuremat andmeedastuskiirust mitmele seadmele.
  • 1024-QAM (Quadrature Amplitude Modulation): Suurendab andmeedastuskiirust, pakkudes suuremat ribalaiust ja paremat signaali kvaliteeti.

Ulatus ja Signaali Kvaliteet:

  • Wi-Fi 6 suurendab ulatust ja signaali kvaliteeti tänu uutele tehnoloogiatele nagu TWT (Target Wake Time), mis optimeerib seadmete ärkamis- ja unetsükleid, vähendades energiatarbimist ja parandades signaali vastupidavust.

Wi-Fi 6E

Ribalaius ja Andmeedastuskiirus:

  • Wi-Fi 6E laiendab Wi-Fi 6 võimalusi, lisades 6 GHz sagedusala, mis pakub rohkem vabu kanaleid ja vähendab ummikuid.
  • Suurim teoreetiline andmeedastuskiirus on samuti 9.6 Gbps, kuid 6 GHz sagedusala võimaldab paremat jõudlust suurema hulga seadmete puhul.

Tehnoloogilised Uuendused:

  • 6 GHz Sagedusala: Lisab kuni 1200 MHz lisaribalaiust, mis vähendab häireid ja ummikuid, pakkudes rohkem mitteülekattuvaid kanaleid ja suuremat jõudlust.
  • Kanali Laius: Wi-Fi 6E toetab kuni 160 MHz laiu kanaleid, mis võimaldab kõrgemat andmeedastuskiirust ja paremat signaali kvaliteeti.

Ulatus ja Signaali Kvaliteet:

  • Wi-Fi 6E kasutab kõrgemaid sagedusi (6 GHz), mis võivad piirata leviala võrreldes 2.4 GHz ja 5 GHz sagedustega, kuid pakkuda suuremat andmeedastuskiirust ja väiksemat latentsust lühikeste vahemaade puhul.
  • Vähem häireid ja ummikuid tänu suuremale sagedusalale, mis on eriti kasulik tihedalt asustatud piirkondades nagu kontorid ja korterelamud.

Wi-Fi 6 ja Wi-Fi 6E Kasutuselevõtt ja Rakendused

Wi-Fi 6 ja Wi-Fi 6E pakuvad olulisi eeliseid järgmistes valdkondades:

  • Tööstuslikud ja ärilised keskkonnad: Parema jõudluse ja usaldusväärsusega võrgud võimaldavad rohkemate seadmete ühendamist ja andmevahetust, mis on kriitiline suurtel kontoripindadel ja tööstuslikes tootmiskeskkondades.
  • Nutikad kodud ja IoT-seadmed: Suurem ribalaius ja parem signaali kvaliteet võimaldavad paremat ühenduvust nutiseadmetele ja IoT-seadmetele, mis nõuavad pidevat ja usaldusväärset ühendust.
  • Avalikud ja tihedalt asustatud alad: Vähem ummikuid ja suurem võimekus toetada suurt arvu seadmeid muudab Wi-Fi 6 ja Wi-Fi 6E ideaalseks kasutamiseks avalikes kohtades nagu lennujaamad, staadionid ja konverentsikeskused.

Wi-Fi 6 ja Wi-Fi 6E esindavad traadita võrkude tulevikku, pakkudes suuremat ribalaiust, kiiremat andmeedastuskiirust ja paremat töökindlust võrreldes varasemate Wi-Fi standarditega. Need tehnoloogiad on kavandatud toetama suurenevat arvu ühendatud seadmeid ja andmemahukaid rakendusi, muutes need ideaalseks valikuks nii kodukasutajatele kui ka ettevõtetele.

Lisainformatsiooni ja allikate kohta leiad järgmistelt veebilehtedelt:

Wi-Fi 6 sisaldab WPA3 turvalisusstandardit, mis parandab võrgu krüptimist ja kasutaja autentimist. WPA3 muudab paroolide murdmise raskemaks ja kaitseb paremini isikuandmeid. 5G võrgud on samuti kavandatud olema turvalisemad, kasutades täiustatud krüptimist ja andmete kaitset, mis tagavad võrgu turvalisuse isegi avatud ja avalikes kohtades.

5G Tehnoloogia Ülevaade

5G on viienda põlvkonna mobiilside tehnoloogia, mis toob endaga kaasa revolutsioonilisi muutusi mobiilsidevõrkudes. See pakub oluliselt kiiremaid andmeedastuskiirusi, madalamat latentsust (viivitust) ja suuremat võrgu võimekust, võrreldes oma eelkäija 4G LTE-ga.

Peamised Omadused ja Eelised

Kiiremad Andmeedastuskiirused: 5G võimaldab andmeedastuskiirusi, mis on teoreetiliselt kuni 10 Gbps, mis on umbes 100 korda kiirem kui 4G. See tähendab, et suuremahulised failid, nagu HD-videod, saab alla laadida sekundite jooksul.

Madalam Latentsus: 5G pakub oluliselt madalamat viivitust, tavaliselt alla millisekundi. See on kriitilise tähtsusega reaalajas rakenduste jaoks nagu autonoomsed sõidukid, virtuaalreaalsus ja teised aja-kriitilised protsessid.

Suurem Võimekus: 5G võrk on kavandatud toetama tohutult suurt hulka ühendatud seadmeid korraga, mis on eriti oluline Interneti Asjade (IoT) seadmete ja nutikate süsteemide jaoks.

Uued Kasutusalad: Tänu oma kiirusele ja võimekusele võimaldab 5G uusi kasutusviise, sealhulgas tervishoius (nt kaugdiagnostika), tööstuses (nt intelligentne tootmine ja logistika), autonoomsetes sõidukites ja nutikates linnades.

Sagedusalad

5G kasutab kolme peamist sagedusala:

  1. Madal Sagedusala (alla 1 GHz) – See on suure ulatuse ja hea läbitungimisvõimega, kuid madalama andmeedastuskiirusega. Sobib laialdase katvusega aladele, nagu maapiirkonnad.
  2. Keskmine Sagedusala (1–6 GHz) – Tasakaalustab ulatust ja kiirust, pakkudes kiiremaid ühendusi ja laiemat katvust kui kõrge sagedusala.
  3. Kõrge Sagedusala (24 GHz ja kõrgemad, tuntud ka kui millimeeterlaine) – Pakub väga kõrgeid kiirusi ja väga madalat latentsust väiksemates geograafilistes piirkondades. Sobib hästi linnapiirkondadele ja spetsiifilistele tööstuslikele kasutusaladele.

Tööstuslik Rakendus

5G on tööstuses murranguline, võimaldades selliseid kontseptsioone nagu tööstus 4.0, mis hõlmab automaatikat, masinõpet, reaalajas andmeanalüütikat ja palju muud. Tööstuslikus sektoris võimaldab 5G:

  • Autonoomsed Robotid: Juhtmeta ja peaaegu viivituseta kommunikatsioon võimaldab robotitel töötada tõhusamalt ja paindlikumalt.
  • Reaalajas Jälgimine ja Hooldus: Andurid ja seadmed saavad edastada tootmistegevuse andmeid reaalajas, mis võimaldab optimeerida operatsioone ja vähendada seisuaegasid.
  • Tehisintellekt ja Masinõpe: Suurte andmekoguste kiire ülekande ja töötlemise võimekus võimaldab AI ja masinõppe algoritmide kasutamist tootmisprotsesside parandamiseks.

5G tehnoloogia esindab olulist edasiminekut mobiilsidevõrkude arengus, pakkudes uusi võimalusi nii tavakasutajatele kui ka tööstusele. Selle suurem kiirus, väiksem latentsus ja suurem võimekus võimaldavad rakendusi, mis olid varem tehniliste piirangute tõttu võimatud. Tööstuses avab 5G uksed täiesti uuele tootmise efektiivsuse ja paindlikkuse tasemele, soodustades nutikate tehaste arengut ja innovatsiooni kiirenemist.

Tabel 10.1. [64]

NrVõrkStandardMaksimaalne andmekiirusRibalaiusÜlekanne ulatusSagedusGrupp
1HIPERLAN/2ETSI Projekt BRAN54 Mbps5 GHzKõrge läbilaskevõimega tehnoloogia
2UWBIEEE802.15.3a480 Mbps500 MHz10 m3.1-10.6GHz
35G3GPP2 Gbps100 MHz kuni 400 MHzsõltuvalt infrastruktuurist ja rakendatavatest tehnoloogiatest600 MHz kuni millimeeterlaineteni (üle 24 GHz)
4Wi-Fi 6EIEEE 802.11ax9.6 Gbps.160 MHzkeskkonnast tavaliselt kuni 20 meetrit2,4GHz, 5 GHz, 6 GHz
5Wi-Fi 6IEEE 802.11ax9.6 Gbps.160 MHzkeskkonnast tavaliselt kuni 20 meetrit2,4GHz, 5 GHz
6Wi-Fi 5IEEE802.11ac54 Mbps160 MHz50 m2,4GHz, 5 GHz
7Wi-FiIEEE802.11b (perekond)11 Mbpssõltub standardist50 m2.4 GHzKeskmise läbilaskevõimega tehnoloogia
8HomeRFN/A10 Mbps5 m2.4 GHz
9BluetoothIEEE 802.15.12 Mbps10 m2.45 GHz
10ZigBeeIEEE 802.15.4250kbps30–100 m2.4 GHz, 868, 915 MHzMadala andmeedastuse kiirusega tehnoloogia
11LoRaWAN LoRa Alliance50 kbps15 km maapiirkondades ja 2–5 km868 MHz Euroopas ja 915 MHz Ameerikas
12Z-WaveZ-Wave Alliance100 Kbps30m908.42 MHz (USA), varieerub regiooniti
13EnOceanISO/IEC 14543-3-10120 Kbps300m868 MHz, 902 MHz, 928 MHz
14DECTETSI EN 300 17532 Kbps100 m1.96 GHz
15KONNEXKNX;EN50090, ISO/IEC 1454338.4 Kbps868 MHz
16SigfoxSigfox600 bps30–50 km maapiirkondades ja 3–10 km linnapiirkondadesErinevad sagedused regiooniti, tavaliselt sub-GHz
17NB-IoT 3GPP250 kbps200 kHz

Keskmise läbilaskevõimega tehnoloogia

Keskmise läbilaskevõimega tehnoloogiad töötavad kiirustel vahemikus 1 kuni 11 Mbps. Üldiselt kasutatakse neid arvutivõrkudes, personaalvõrkudes (Personal area network, PAN) ja avalikes ligipääsusüsteemides (Public access systems, PAS). Siia kuulub teine Wi-Fi versioon (vastavalt IEEE802.11b standardile), mille ribasagedus on 80 MHz ja millel on 14 kanalit.  Nimi koduraadiovõrk (Home FR tehcnology) viitab selle peamisele funktsioonile. Sellele tehnoloogiale on omane mõned ühendatud seadmed, maht teist tüüpi võrkudega suhtlemiseks ja võime viia läbi osalisi võrgufunktsioone siis, kui arvuti on väljalülitatud. Külgnevate võrkude olemasolu, näiteks tehase töökodades, ei häiri oma seotud tegevusega, kuna seadmetel on 24-kohaline identifikaator.

Bluetooth tehnoloogia

Bluetooth on suvalist tüüpi traadita ühenduste tehnoloogia. Selle funktsiooniks on väikeste ja ökonoomsete seadmete määratlemine autonoomse vooluallikaga sülearvutite, PDA seadmete (elektronmärkmike), mobiiltelefonide ja teiste mobiilsete süsteemide vaheliseks raadioühenduseks.

Seda iseloomustab saatjate madal energiaemissioon Po, mis on väikese ulatuse põhjuseks ja üks  eeldustest, et lähestikku paigaldatud võrkudel puuduks soovimatu mõju üksteisele. Kasutatakse kolme klassi: Klassil 1 on Po = 100 mW ja ulatus 100 m,  klassil 2 on Po = 2.5 mW ja ulatus 20 m, klassil 3 on Po = 1 mW ja ulatus 10 m.

Bluetooth seadmed kasutavad sagedust 2.4 GHz, koos Wi-Fi/IЕЕЕ 802.11b seadmetega. Et vältida häireid Wi-Figa, kasutab Bluetooth signaali edastusmeetodit, mida nimetatalse sagedushüplemiseks (frequency hopping spread spectrum), mis lülitab täpset sagedust Bluetooth sessiooni ajal 1600 korda sekundis mööda 79 Bluetooth kanalit. Bluetooth on arendatud spetsiaalsete ajutiste võrkude jaoks, milles kaks seadet suhtlevad ainult selle aja jooksul, mis on neile vajalik andmete üle kandmiseks, seejärel ühendus katkestatakse.

Bluetooth seadmed kontakteeruvad kohe, kui satuvad saatja-vastuvõtja ulatusse, ühenduse loomise, autentimise jms eest hoolitseb tarkvara.

Tavaliselt on Bluetooth võrgud ülem-alluv tüüpi, maksimaalne alluvseadmete arv on 7.  Neist eraldi võib eksisteerida piiramatu hulk mitteaktiivseid alluvseadmeid, mis on ülemseadmega ühenduse loonud ja ootavad vaba ruumi, et sooritada andmeülekanne. Sellist tüüpi seadmetevahelist ühendust nimetatakse piconet’iks.

Piconet-ühenduse  kaadris saab olla ainult üks ülemseade. Kui vajalik, saab ülemseadme külge ühendatud alluvseade muuta oma staatust ülemseadmeks, moodustades sellega oma piconet’i struktuuri. Seda tüüpi liitstruktuuri tuntakse Scatternet’i nime all (pilt 10.1c), milles iga seade saab olla nii ülem kui alluv, sõltuvalt spetsiifilisest olukorrast ja selle seadme kohast üldstruktuuris.

Pilt 10.1. Bluetooth tehnoloogia [64]

Seadme dubleerimise või mõne muu soovimatu kõrvalekalde vältimiseks toimib iga seade teistest erineval ühenduskanalil, erineval sagedusel ja erineva hüplemisparameetriga.  Hüplemisparameeter (Hopping) on perioodiline sageduse muutmine, mille määrab hüplemissageduse parameeter. Algselt sooritab iga mingis ruumis asuv Bluetooth seade ühenduskanalite otsingu seadmete tuvastamiseks. Ühendus luuakse või seda ei lubata sõltuvalt sellest, millises reziimis leitud seadmed on.

Madala andmeedastuskiirusega tehnoloogiad

Need on mõeldud tööstuslikus ja kodukeskkonnas elektrooniliste seadmete juhtimiseks, selle keskmine andmeedastuskiirus on kuni mõnisada kbps, mis tuleneb teiste eeliste arvelt nagu madal hind ja kasutatavate seadmete madal energiakulu. Selliseid tehnoloogiaid on mitmeid, mõned näited:

ZigBee võrgud

ZigBee traadita võrgu omaduseks on unikaalne ise-seadistus ja ise-taastumine sel hetkel, kui eraldiseisvad võrguseadmed lülituvad võrku, identifitseerides üksteist. Mõne sellise seadme vea korral taastab võrk ennast ja alustab andmete ülekannet uut marsruuti pidi. Andmed, sealhulgas võrgu teenuseinformatsioon, kantakse üle kiirusel 250 Kbit/s. ZigBee traadita võrk töötab sageduskanalite ulatustel 868 МHz, 915МHz, 2, 4МHz. Selle tegevusulatus on paarikümnest meetrist hoonetes paarisaja meetrini väljas.

EnOcean

See traadita tehnoloogia sarnaneb ZigBee’le ja selle arendas välja EnOcean GmbH, mille asutas Siemens AG 2001. aastal.

See on täielikult keskkonnasõbralik, kuna sellesse kuuluvad seadmed, sensorid ja saatjad ei vaja töötamiseks patareisid. Need on iselaaduvad, kasutavad energia laadimiseks ümbritsevast keskkonnast erinevaid meetodeid. See standard leiab rakendust valgustussüsteemides, turvasensorites, erinevat tüüpi meditsiiniseadmetes ja tööstuslikes süsteemides. EnOcean tehnoloogia tegutsemisulatus on umbes 300 meetrit ja selle andmeedastuskiirus on kuni 120 Kbit/s.

Z-Wave

Z-Wave on protokoll traadita andmeedastuseks lühikestel distantsidel minimaalse energiakuluga. Z-Wave protokollil põhinevad seadmed rakendavad suhteliselt madalat kiirust umbes 40 Kbit/s 30 meetri ulatuses ja töötavad ühe patareiga kauem kui ühe aasta.

Põhimõtteliselt kasutatakse seda tehnoloogiat tarkades kodudes, eriti valgus- ja soojusjuhtimissüsteemides, tulekahjuhoiatussensorites, videojälgimis- ja kaitsesüsteemides. Z-Wave võimaldab kõiki neid sensorite ja seadmete võrkusid juhtida ühe kaugjuhtimisüksuse abil.

IoT (Internet of Things) võrgutehnoloogiaid

Lisaks juba arutatud traadita võrkudele, on IoT (Internet of Things) jaoks spetsiaalselt välja töötatud mitmeid võrgutehnoloogiaid, mis võimaldavad energiatõhusat andmesidekatet suurtele geograafilistele aladele. Siin on kolm populaarset IoT võrgutehnoloogiat:

  1. LoRaWAN (Long Range Wide Area Network)
  • Standard: LoRa Alliance
  • Maksimaalne andmekiirus: Kuni 50 kbps
  • Ribalaius: Sagedusriba sõltub regioonist (tavaliselt sub-GHz, nagu 868 MHz Euroopas ja 915 MHz Ameerikas)
  • Sagedus: Sõltub regioonist
  • Ülekande ulatus: Kuni 15 km maapiirkondades ja 2–5 km linnapiirkondades
  • Kasutus: Peamiselt kasutatakse energiasäästlike ja pikamaaühenduste loomiseks, näiteks nutika põllumajanduse, nutikate linnade ja muude suuremahuliste IoT rakenduste jaoks.
  1. Sigfox
  • Standard: Sigfox
  • Maksimaalne andmekiirus: Kuni 100 bps kuni 600 bps
  • Ribalaius: Väga kitsas (ultranaarrowband)
  • Sagedus: Erinevad sagedused regiooniti, tavaliselt sub-GHz
  • Ülekande ulatus: Kuni 30–50 km maapiirkondades ja 3–10 km linnapiirkondades
  • Kasutus: Sigfox võrke kasutatakse peamiselt lihtsate andurite andmete kogumiseks, mis ei vaja suurt andmeedastuskiirust, kuid nõuavad väga madalat energiakulu ja pikka leviala.
  1. NB-IoT (Narrowband IoT)
  • Standard: 3GPP
  • Maksimaalne andmekiirus: Kuni 250 kbps
  • Ribalaius: Kitsas ribalaius umbes 200 kHz
  • Sagedus: Tavaliselt kasutatakse LTE sagedusalasid
  • Ülekande ulatus: Võrdväärne või parem kui LTE
  • Kasutus: NB-IoT on välja töötatud eelkõige seadmetele, mis vajavad väga madalat energiakasutust ja tugevat siseruumi levikut. Kasutusalad hõlmavad nutikat mõõtmist, nutikaid linnasüsteeme ja ressursihaldust.

Need tehnoloogiad pakuvad mitmekülgseid lahendusi IoT ökosüsteemidele, pakkudes tasakaalu kiiruse, energiaefektiivsuse ja leviala vahel, et rahuldada erinevate IoT rakenduste vajadusi.

Traadita võrkude loogilised topoloogiad

Traadita võrkusid ehitatakse erinevate loogiliste topoloogiate järgi.

AD-HOC

Selles reziimis (pilt 10.2), mida kasutatakse kõige enam mobiilseadmete omavaheliseks ühendamiseks, ei ole vajalik, et mõni traadita võrguseade kanali ligipääsu sünkroniseeriks. Seda iseloomustab madal produktiivsus ja võimalik kokkupõrgete tekkimine.

Pilt 10.2. AD-HOC

Juurdepääsupunkt – klient

Praktiliselt on see kõige sagedamini kasutatud topoloogia seadmete traadita võrkudesse ühendamiseks. Suur hulk mobiilseadmeid kasutavad ühe põhijaama (base station, BS) teenuseid, seda nimetatakse ka pääsupunktiks (Access point, AP),  mis juhib/haldab kõiki sellega seotud kliente. Põhijaam juhendab klienti, millist kanalit andmete ülekandmiseks kasutada ja millal. Sõltuvalt omistatud reeglitest võivad mõned kliendid saada teiste klientide ees prioriteete (QoS). Niiöelda „varjatud terminalide“ poolt ei ole kokkupõrke ohtu, kuna kõik kliendid peavad võrku pääsemiseks kasutama pääsupunkti; teiste sõnadega – pääsupunkt (AP) näeb kõiki kliente, samal ajal kui need üksteist ei näe.

Pilt 10.3. Juurdepääsupunkt – klient [64]

Traadita võrk (WDS, Wireless Distributed System)

Traadita võrgusüsteemid kasutavad pääsupunkt-klient topoloogiat, kus iga pääsupunkt moodustab kuuldava tsooni. Erinevus pääsupunkt-klient topoloogiast seisneb erinevate pääsupunktide traadita sides, et võimaldada ligipääsu viitevõrku. Kõik pääsupunktid peavad töötama samal raadiokanalil ja omama teiste WDS võrgu moodustavate MAC aadresside nimekirja.

Repiiter

Kasutab sama kanalit nagu pääsupunkt, mis võimaldab ligipääsu viitevõrku. Repiiterile on antud MAC aadress, mis võimaldab läbipaistvat viidatud pääsupunkti stimuleerimist kaugtsoonis. Viidatud pääsupunkt on kaugtsoonis teada oma originaalnime ja parameetritega; ainus erinevus on MAC aadress ja kaugvõrgus on see MAC aadress repiiteri oma.

Pilt 10.5. Repiiter [64]

Sild

See on mõeldud kahe võrgusegmendivahelise läbipaistva ühenduse loomiseks, võimaldades sel viisil kohtvõrkude traadita ühendust eemalolevates kontorites. Traadita ühendus on võimalik ainult sellise kahe seadme vahel, mis töötavad pääsupunkt-silla (AP Bridge) reziimis. Sel viisil annavad nad läbipaistvalt üle iga paketi ühest lokaalsest kohtvõrgusegmendist eemalolevasse segmenti.

Pilt 10.6. Sild [64]

Andmekaitse

Kõik traadita tehnoloogiad kasutavad andmete kaitsmiseks ühel või teisel viisil andmete kodeerimist. IЕЕЕ802.11 standardile vastavad võrgud kasutavad WEP krüpteerimisfunktsioone informatsiooni kodeerimiseks, kusjuures sõltuvalt seadmeklassist võib krüpteerimine olla 64-bitine või 128-bitine. Bluetooth’il on 3 andmekaitse viisi, kus kõige paremini kaitstud Security Mode 3 (viida tasandil täidetud turvalisus) tegutseb seansivõtmetega, mis genereeritakse kahe seadme ühendamise protsessi käigus ja kasutatakse ka linkimiseks, identifitseerimiseks ja andmeülekandeks nende seadmete vahel.

802.11b tagab andmekontrolli MACi tasemel ja kontrollib ka Wired Equivalent Privacy (WEP) krüpteerimismehhanismi,  mida saab sisse ja välja lülitada. Kui WEP on sisselülitatud, kaitseb see ainult andmepaketti, mitte selle päist, võimaldades kõigil võrgus asuvatel seadmetel mööduvaid andmeid „läbi vaadata“. Pääsu reguleerimise sätestamiseks on igas pääsupunktis installeeritud ЕSSID (või WLАN Service Area ID) ilma milleta ei ole võimalik jaamal ühenduda pääsupunkti. Lisaks sellele suudab ta salvestada kõikide autoriseeritud seadmete „lubatud“ MAC-aadresside nimekirja; sel viisil võimaldab ta nimekirja kuuluvatel seadmetel ühenduda võrku. Andmete krüpteerimine teostatakse RC4 algoritmide abil 40-bitise võtmega, olemas on ka lihtsamaid krüpteerimisviise.

[1]Media Access Control (MAC) – 48-bitine unikaalne tootja poolt omistatud võrguseadme identifikaator.

Open System Interconnect (OSI) – võrgumudel, milles kommunikatsiooniprotsess on jaotatud seitsmeks iseseisvaks etapiks (kihiks).

Andmekaitse on traadita tehnoloogiate puhul kriitilise tähtsusega, eriti kui tegemist on IoT seadmete ja nende suuremahuliste võrkudega, mis haldavad suurt hulka tundlikke andmeid. Järgnevalt kirjeldan peamisi andmekaitsemeetmeid, mida kasutatakse erinevates traadita tehnoloogiates:

1. WEP, WPA, WPA2 (Wi-Fi Kaitse)

WEP (Wired Equivalent Privacy)

  • Esimene laialdaselt kasutatud Wi-Fi võrgu turvaprotokoll.
  • Pakub põhilist krüpteerimist, kuid on tänapäevaseks kasutuseks liiga nõrk ja hõlpsasti murdumisele avatud.

WPA (Wi-Fi Protected Access)

  • WEP-i järeltulija, mis pakub tugevamat andmekaitset ja kasutajautentimist.
  • Kasutab TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) krüpteerimist, mis on keerulisem ja turvalisem kui WEP.

WPA2

  • Praegune standard, mis pakub veelgi paremat turvalisust.
  • Kasutab AES (Advanced Encryption Standard) krüpteerimist, mis on äärmiselt turvaline.
  • WPA2 on kohustuslik kõigile uutele Wi-Fi seadmetele.

2. End-to-End Encryption (E2EE)

  • Oluline meetod andmete turvaliseks edastamiseks, kus ainult saatja ja saaja saavad lugeda sõnumeid.
  • Kasutatakse laialdaselt mobiilside ja Interneti kommunikatsioonis.
  • Tagab, et andmed püsivad krüpteeritud kogu edastamise vältel, vältides kolmandate osapoolte sekkumist.

3. TLS/SSL

  • Transport Layer Security (TLS) ja selle eelkäija Secure Sockets Layer (SSL) on protokollid, mis tagavad turvalise andmeedastuse Internetis.
  • Kasutatakse laialdaselt veebilehtede ja muude online-teenuste puhul andmete krüpteerimiseks.

4. VPN (Virtual Private Network)

  • Loob turvalise ühenduse kasutaja seadme ja Interneti vahel.
  • Krüpteerib kogu internetiliikluse, peites andmed ja kasutaja IP-aadressi.
  • Kasutatakse eriti siis, kui ühendutakse avalike Wi-Fi võrkudega.

5. IoT Spetsiifilised Turvaprotokollid

  • LoRaWAN kasutab mitut turvatasandit, sealhulgas võrgutasandi ja rakendustasandi krüpteerimist.
  • ZigBee turvalisus põhineb 128-bitisel AES krüpteerimisel, mis kaitseb võrguliiklust ja tagab seadmete autentsuse.
  • Z-Wave kasutab samuti AES-128 krüpteerimist andmete kaitsmiseks.

6. Autentimine ja Juurdepääsu Kontroll

  • Täiendavad turvameetmed nagu kaheastmeline autentimine (2FA), biomeetriline identifitseerimine ja keerukad paroolipoliitikad.
  • Juurdepääsu kontrolli protokollid nagu RBAC (Role-Based Access Control) piiravad juurdepääsu ainult autoriseeritud isikutele.

Andmekaitse traadita tehnoloogiates hõlmab laiaulatuslikke strateegiaid ja tehnoloogiaid, mis kaitsevad kasutajate andmeid ja tagavad nende privaatsuse. Oma andmekaitse praktikate ajakohastamine ja uusimate turvaprotokollide rakendamine on hädavajalik, eriti kiiresti arenevas digitaalses maailmas.

Täpse teabe saate järgmiselt kursuselt: TÖÖSTUS IT TURVALISUS