Ми живемо в цифровому світі, оповитому бездротовими технологіями, і ця тенденція буде тільки розвиватися. Без Bluetooth ми вже не можемо слухати музику, без NFC оплачувати покупки на картці, а без Wi-Fi немає комфортного доступу до мережі Інтернет. Всі технології мають одне спільне – вони працюють за допомогою радіохвиль. У цій статті ми розглянемо простими словами всі ці технології.
Як працює Wi-Fi
Роутер – базова станція, яка постійно «слухає» радіоефір і відповідає «своїм» пристроям. Ноутбуки, смартфони, телевізори та інші пристрої, які підключаються до Wi-Fi, можна порівняти з раціями. Все «спілкування» між пристроями може відбуватися на 2-х частотах – 2,4 ГГц або 5 ГГц (вже є моделі з підтримкою 6 ГГц, але вони поки що мало поширені). Всі дані між девайсами передаються по радіочастотах за допомогою кодованого в двійкову систему сигналу за допомогою «1» і «0».
Роутер також називають ще маршрутизатором, тому що він забезпечує «маршрути» – умовні «дороги» між підключеними пристроями. Більшість роутерів підключається до провайдера за допомогою LAN-порту і перетворює інтернет-трафік в бездротовий сигнал. Також маршрутизатор створює локальну мережу, яка може бути доступна як по Wi-Fi, так і за допомогою портів Ethernet (якщо вони, звичайно, є).
Всередині кожного підключеного пристрою є мініатюрний Wi-Fi модуль, який і підключається до «свого» роутера і обмінюється даними. Як було написано вище, Wi-Fi працює на 2-х частотах. Частота 2,4 ГГц вже може вважатися морально застарілою – саме на ній з’явився перший Wi-Fi. Зараз відбувається плавний перехід на частоту 5 ГГц/6 ГГц – на ній вища швидкість, менше втрат пакетів, а найголовніше, що радіоканал менш «забитий» і «зашумлений» іншими пристроями.
Але у високої частоти є істотний мінус – чим коротша довжина хвилі, тим складніше радіосигналу проникати крізь стіни і перешкоди. Тому зараз в трендах такий розклад – на частоті 2,4 ГГц підключаємо пристрої (якщо є технічна можливість), які знаходяться подалі від роутера, а 5 ГГц використовуємо щодня. Сучасні стандарти 6E/7 вже «вміють» працювати на частоті 6 ГГц, але до повсюдного поширення ще далеко.
Wi-Fi сигнал розділений на канали, які можна порівняти зі смугами на шосе. Для кожного потоку машин – своя смуга. Так і тут – чим більше пристроїв буде підключено до 1 каналу, тим менше буде швидкість, тому інший раз для якісного підключення потрібно вибирати за допомогою додатка-аналізатора вільний канал, бо за замовчуванням роутер ставить один з випадкових каналів. На частоті 2,4 ГГц всього 14 каналів, і з них тільки 3 канали не перетинаються один з одним за частотами. А 5 ГГц Wi-Fi від 19 до 25 каналів, і при цьому всі вони не перетинаються один з одним при ширині каналу 20 МГц.
Для того щоб до вашої мережі не підключалися сторонні пристрої, існує кілька правил. По-перше, кожна мережа має ім’я SSID (до речі, його можна приховати, щоб інші пристрої не намагалися підключитися до вашої мережі – в цьому випадку ім’я мережі вводиться вручну). Але у радіосигналу є мінус – всі дані в теорії можна «перехопити» і розшифрувати: в цьому випадку безпека під величезним питанням. Для цього використовують протоколи шифрування WPA2 або WPA3 – до речі, найсучасніший і захищений саме останній. Якщо у вас старий Wi-Fi роутер, який не підтримує WPA3, то необхідно вже переходити на сучасні моделі.
На сьогоднішній день існує кілька протоколів Wi-Fi:
- Wi-Fi 4 (802.11n) – 2009 рік, працює на 2,4/5 ГГц.
- Wi-Fi 5 (802.11ac) – 2014 рік, тільки 5 ГГц, висока швидкість.
- Wi-Fi 6 / Wi-Fi 6E (802.11ax) – 2019/2021 роки, ефективніший в перевантажених мережах, менше затримок, додано діапазон 6 ГГц (тільки в 6E).
- Wi-Fi 7 (802.11be) – новий стандарт (2024), обіцяє колосальну швидкість і стабільність.
Поки триває плавний перехід на нові стандарти, багато сучасних роутерів підтримують 2 діапазони, щоб забезпечити сумісність пристроїв. Мине час, і світ, швидше за все, повністю перейде на частоту 6 ГГц, хоча 2,4 ГГц може давати більш стабільний сигнал через перешкоди. В середньому радіус дії сигналу Wi-Fi становить 50-150 метрів в залежності від перешкод і умов зв’язку. До речі, Wi-Fi роутер постійно аналізує ефір, і якщо він, припустимо, стоїть біля вікна, то «підхоплює» сигнали інших пристроїв перехожих, і якість зв’язку істотно зменшується.
Переважна більшість Wi-Fi роутерів можуть давати швидкість до 600 Мбіт/сек, але технологія Wi-Fi 5, наприклад, може дати до 3,5 Гбіт/сек, а Wi-Fi 6 до 9,6 Гбіт/сек. Найновіший стандарт бездротового підключення Wi-Fi 7 в теорії «розганяється» до неймовірних 46 Гбіт/с.
І наостанок про Wi-Fi можна сказати, що чим більше пристроїв підключено до одного маршрутизатора, тим гіршою буде якість зв’язку, особливо якщо мережею користується відразу кілька пристроїв. І тут залежність не тільки від ширини каналу, але і від можливостей самого роутера – він являє собою невеликий комп’ютер, який також повинен «вивозити» все те, що до нього підключено.
Як працює Bluetooth?
Принцип роботи Bluetooth дуже схожий на Wi-Fi, але є кілька ключових істотних відмінностей. Якщо Wi-Fi створює локальну мережу між пристроями, то Bluetooth створює персональну PAN-мережу між двома пристроями. Це може бути смартфон і бездротові навушники, телевізор і смартфон, ноутбук і розумна колонка. Ключових відмінностей від Wi-Fi фактично кілька:
- Створюється саме пірингова мережа від одного до іншого пристрою. Неможливо створити локальну мережу по Bluetooth між декількома пристроями.
- Радіус дії Bluetooth істотно нижчий за Wi-Fi і становить 10-200 метрів. На 200 метрів це, звичайно, мова йде про ідеальні умови і останню версію протоколу;
- Якщо у Wi-Fi швидкість передачі даних вже вимірюється гігабайтами в секунду, то у Bluetooth 5+ максимальна швидкість всього 3 Мбіт/сек і то в лабораторних умовах.
Діапазон, в якому працює Bluetooth, такий же, як у Wi-Fi – 2,4 ГГц, але між собою вони не перетинаються. У Bluetooth є 79 каналів шириною по 1 МГц – цього достатньо, щоб забезпечувати стійкий до перешкод зв’язок. Два пристрої, підключені за цим протоколом, постійно «перестрибують» приблизно 1600 разів на секунду за випадковим алгоритмом. Якщо раптом на якійсь частоті є перешкода, яка заважає з’єднанню, то пристрій зависає на десяті секунди і потім перескакує на вільний канал, причому користувач нічого не помічає, а втрачені пакети передаються знову.
Так, до речі, є ще одна відмінність між Wi-Fi і Bluetooth – Wi-Fi споживає пристойну кількість енергії, а архітектура «блютуза» енергозберігаюча. Пристрої, які в даний момент не передають ніяких даних, знаходяться в режимі сну, вони прокидаються на мить, щоб зрозуміти, чи «кличе» їх якийсь пристрій. Не так давно з’явився протокол Bluetooth Low Energy, який був створений спеціально для IoT-пристроїв, який працює більш енергозберігаюче, наприклад, від однієї невеликої батарейки пристрій може працювати рік.
Основні віхи розвитку технології можна описати так:
- Bluetooth 1.x-3.x – Основна робота, передача аудіо та даних;
- Bluetooth 4.x – Поява BLE — енергоефективність для датчиків;
- Bluetooth 5.x – Збільшена швидкість, дальність (до 200 м на відкритому просторі для BLE) і пропускна здатність для передачі даних. Покращений аудіопотік.
Bluetooth Audio (сучасність) – Кодеки aptX, LDAC, AAC для якісного звуку і технологія LE Audio з новим кодеком LC3 – краща якість при меншому енергоспоживанні і підтримка множинного мовлення аудіо (наприклад, на кілька пар навушників одночасно).
Як ви вже зрозуміли, в кожному пристрої з підтримкою Bluetooth є спеціальний модуль – у смартфоні, ноутбуці, телевізорі. Все так само, як у Wi-Fi. Багато хто помилково вважає, що через Bluetooth можна тільки слухати музику і розмовляти, але це не так. Можна передавати невеликі файли і підключати периферійні пристрої – миші, клавіатури, джойстики.
Звичайно, в теорії можна було б все це зробити через Wi-Fi, але тут можна провести аналогію стрільби з гармати по горобцях – для Bluetooth не потрібні великі відстані і високі швидкості, тому такий протокол був створений для підключення від одного девайса до іншого. Тут можна сказати, що якби не Bluetooth, то навряд чи б з’явилися бездротові гарнітури та інші пристрої, яким не потрібні високі швидкості.
Як працює NFC?
Коли ми оплачуємо на касі товари за допомогою смартфона або платіжного стікера, то в справу вступає технологія NFC, яка з’явилася не так давно. Якщо раніше цю технологію підтримували не всі смартфони, то зараз навіть бюджетний апарат може мати підтримку цього протоколу.
Абревіатура NFC розшифровується як Near Field Communication — комунікація ближнього поля.
Можна відразу сказати, що за допомогою NFC можна не тільки оплачувати покупки, але і передавати дуже короткі дані, наприклад, для сполучення двох пристроїв по Bluetooth між собою або активації тієї чи іншої функції. Тут же відразу простий приклад — можна купити NFC-мітку і приклеїти на ліжко і налаштувати всю систему так, що коли на смартфоні задзвонив будильник, не потрібно дивитися на екран, щоб його вимкнути, достатньо просто піднести смартфон до мітки.
Для того щоб два пристрої з’єдналися, їх потрібно піднести один до одного. Технологія працює на відстані від 1 до 10 см і на частоті всього 13,56 МГц — це міжнародний стандарт. Швидкість дуже невисока — вона може бути 106, 212 і 424 кбіт/сек, що достатньо для передачі невеликих даних, наприклад, ключів доступу або даних про оплату банківською карткою.
На відміну від Wi-Fi і Bluetooth, де потрібно вводити пароль або пін-код, тут нічого вводити не потрібно: піднісши свій смартфон до терміналу, ви вже даєте згоду на передачу даних. До речі, швидкість з’єднання тут миттєва на відміну від Wi-Fi і Bluetooth, де потрібно чекати якийсь час на встановлення з’єднання. Тут весь процес, включаючи передачу необхідних даних, відбувається за час менше ніж 0,1 сек.
Є три режими роботи NFC:
- Режим зчитування і запису. Ініціатором тут є смартфон, і цей режим служить для зчитування і запису NFC-міток. Як ви вже зрозуміли, це потрібно для запису і зчитування міток, інформації з розумної візитки або реклами.
- Режим емуляції банківської картки. Тут процес ініціює платіжний термінал, а смартфон є активним пристроєм, який «прикидається» банківською карткою, оскільки має відповідний модуль всередині (за аналогією з вищеописаними технологіями). У цьому режимі можна оплачувати покупки і транспорт;
- Одноранговий режим пірингової мережі. У цьому режимі обидва пристрої рівноправні і доступна передача невеликих файлів, наприклад контактів, фотографій, посилань. Також цей режим створений для швидкого сполучення інших пристроїв: Bluetooth-навушників або Wi-Fi-роутера. Може використовуватися в якості пропуску куди-небудь.
Головний мінус NFC полягає в тому, що зловмисники можуть, наприклад, у переповненому транспорті «доторкнутися» бездротовим банківським терміналом до кишені, всередині якої знаходиться смартфон. У цьому випадку може відбутися несанкціоноване списання грошових коштів, адже ви свідомо не підносили пристрій до терміналу.
Але в нашій країні навряд чи хтось буде так робити – такі платежі доступні лише для юридичних осіб, і такий вид шахрайства дуже рідкісний: занадто просто буде вирахувати весь ланцюжок. Але в інших країнах такий спосіб відбирання грошей може працювати. Все-таки, коли ви не користуєтеся NFC на смартфоні, краще його відключати в шторці налаштувань, про всяк випадок.
Який висновок?
Технології Wi-Fi, Bluetooth і NFC міцно увійшли в наше життя, і без них вже неможливе наше цифрове існування. Кожна технологія створена для своєї мети. По Wi-Fi ми підключаємося до інтернету, по Bluetooth слухаємо музику, а за допомогою NFC оплачуємо покупки. Багато хто сперечається про те, що високі частоти шкодять здоров’ю, але неодноразові дослідження вчених спростовують цю теорію. Та й дітися вже без високих частот ми не можемо – такі реалії сучасного світу.
