Мы живем в цифровом мире, окутанном беспроводными технологиями, и эта тенденция будет только развиваться. Без Bluetooth мы уже не можем слушать музыку, без NFC оплачивать покупки на карте, а без Wi-Fi нет комфортного доступа к сети интернет. Все технологии имеют одно общее – они работают с помощью радиоволн. В этой статье мы рассмотрим простыми словами все данные технологии.
Как работает Wi-Fi
Роутер – базовая станция, которая постоянно “слушает” радиоэфир и отвечает “своим” устройствам. Ноутбуки, смартфоны, телевизоры и прочие устройства, которые подключаются к Wi-Fi, можно сравнить с рациями. Все “общение” между устройствами может происходить на 2-х частотах – 2,4 ГГц или 5 ГГц (уже есть модели с поддержкой 6 ГГц, но они пока мало распространены). Все данные между девайсами передаются по радиочастотам с помощью кодированного в двоичную систему сигнала с помощью “1” и “0”.
Роутер также называют еще маршрутизатором, потому что он обеспечивает “маршруты” – условные “дороги” между подключенными устройствами. Большинство роутеров подключается к провайдеру с помощью LAN порта и преобразует интернет-трафик в беспроводной сигнал. Также маршрутизатор создает локальную сеть, которая может быть доступна как по Wi-Fi, так и с помощью портов Ethernet (если они, конечно, есть).
Внутри каждого подключенного устройства есть миниатюрный Wi-Fi модуль, который и подключается к “своему” роутеру и обменивается данными. Как было написано выше, Wi-Fi работает на 2-х частотах. Частота 2,4 ГГц может уже считаться морально устаревшей – именно на ней появился первый Wi-Fi. Сейчас идет плавный переход на частоту 5 ГГц/6 ГГц – на ней выше скорость, меньше потерь пакетов, а самое главное, что радиоканал менее “забит” и “зашумлен” другими устройствами.
Но у высокой частоты есть существенный минус – чем короче длина волны, тем сложнее радиосигналу проникать сквозь стены и препятствия. Поэтому сейчас в трендах такой расклад – на частоте 2,4 ГГц подключаем устройства (если есть техническая возможность), которые находятся подальше от роутера, а 5 ГГц используем повседневно. Современные стандарты 6E/7 уже “умеют” работать на частоте 6 ГГц, но для повсеместного распространения еще далеко.
Wi-Fi сигнал разделен на каналы, которые можно сравнить с полосами на шоссе. Для каждого потока машин – своя полоса. Так и здесь – чем больше устройств будет подключено к 1 каналу, тем меньше будет скорость, поэтому иной раз для качественного подключения нужно выбирать с помощью приложения-анализатора свободный канал, ибо по умолчанию роутер ставит один из случайных каналов. На частоте 2,4 ГГц всего 14 каналов, и из них только 3 канала не пересекаются друг с другом по частотам. А 5 ГГц Wi-Fi от 19 до 25 каналов, и притом все они не пересекаются друг с другом при ширине канала 20 МГц.
Для того чтобы к вашей сети не подключались посторонние устройства, существует несколько правил. Во-первых, каждая сеть имеет имя SSID (кстати, его можно скрыть, чтобы другие устройства не пытались подключиться к вашей сети – в этом случае имя сети вводится вручную). Но у радиосигнала есть минус – все данные в теории можно “перехватить” и расшифровать: в этом случае безопасность под огромным вопросом. Для этого используют протоколы шифрования WPA2 или WPA3 – кстати, самый современный и защищенный как раз последний. Если у вас старый Wi-Fi роутер, который не поддерживает WPA3, то необходимо уже переходить на современные модели.
На сегодняшний день существует несколько протоколов Wi-Fi:
- Wi-Fi 4 (802.11n) – 2009 год, работает на 2,4/5 ГГц.
- Wi-Fi 5 (802.11ac) – 2014 год, только 5 ГГц, высокая скорость.
- Wi-Fi 6 / Wi-Fi 6E (802.11ax) – 2019/2021 годы, эффективнее в перегруженных сетях, меньше задержки, добавлен диапазон 6 ГГц (только в 6E).
- Wi-Fi 7 (802.11be) – новый стандарт (2024), обещает колоссальную скорость и стабильность.
Пока идет плавный переход на новые стандарты, многие современные роутеры поддерживают 2 диапазона, чтобы обеспечить совместимость устройств. Пройдет время, и мир, скорее всего, полностью перейдет на частоту 6 ГГц, хотя 2,4 ГГц может давать более стабильный сигнал через препятствия. В среднем радиус действия сигнала Wi-Fi составляет 50-150 метров в зависимости от препятствий и условий связи. Кстати, Wi-Fi роутер постоянно анализирует эфир, и если он, допустим, стоит возле окна, то “подхватывает” сигналы других устройств прохожих, и качество связи существенно уменьшается.
Подавляющее большинство Wi-Fi роутеров могут давать скорость до 600 Мбит/сек, но технология Wi-Fi 5, например, может дать до 3,5 Гбит/сек, а Wi-Fi 6 до 9,6 Гбит/сек. Самый последний стандарт беспроводного подключения Wi-Fi 7 в теории “разгоняется” до немыслимых 46 Гбит/сек.
И напоследок про Wi-Fi можно сказать, что чем больше устройств подключено к одному маршрутизатору, тем хуже будет качество связи, особенно если сетью пользуется сразу несколько устройств. И здесь зависимость не только от ширины канала, но и от возможностей самого роутера – он представляет собой небольшой компьютер, который также должен «вывозить» всё то, что к нему подключено.
Как работает Bluetooth?
Принцип работы Bluetooth очень похож на Wi-Fi, но есть несколько ключевых существенных отличий. Если Wi-Fi создает локальную сеть между устройствами, то Bluetooth создает персональную PAN-сеть между двумя устройствами. Это может быть смартфон и беспроводные наушники, телевизор и смартфон, ноутбук и умная колонка. Ключевых отличий от Wi-Fi по факту несколько:
- Создается именно пиринговая сеть от одного к другому устройству. Невозможно создать локальную сеть по Bluetooth между несколькими устройствами.
- Радиус действия Bluetooth существенно ниже Wi-Fi и составляет 10-200 метров. На 200 метров это, конечно, речь идет про идеальные условия и последнюю версию протокола;
- Если у Wi-Fi скорость передачи данных уже измеряется гигабайтами в секунду, то у Bluetooth 5+ максимальная скорость всего 3 Мбит/сек и то в лабораторных условиях.
Диапазон, в котором работает Bluetooth, такой же, как у Wi-Fi – 2.4 ГГц, но между собой они не пересекаются. У Bluetooth есть 79 каналов шириной по 1 МГц – этого достаточно, чтобы обеспечивать помехоустойчивую связь. Два устройства, подключенные по этому протоколу, постоянно «перепрыгивают» примерно 1600 раз в секунду по случайному алгоритму. Если вдруг на какой-то частоте есть помеха, которая мешает соединению, то устройства зависает на десятитысячные секунды и потом перескакивает на свободный канал, притом пользователь ничего не замечает, а потерянные пакеты передаются снова.
Да, кстати, есть еще одно отличие между Wi-Fi и Bluetooth – Wi-Fi потребляет приличное количество энергии, а архитектура «блютуза» энергосберегающая. Устройства, которые в данный момент не передают никаких данных, находятся в режиме сна, они просыпаются на мгновения, чтобы понять, «зовет» ли их какое-либо устройство. Не так давно появился протокол Bluetooth Low Energy, который был создан специально для IoT-устройств, который работает более энергосберегающе, например, от одной небольшой батарейки устройство может работать год.
Основные вехи развития технологии можно описать так:
- Bluetooth 1.x-3.x – Основная работа, передача аудио и данных;
- Bluetooth 4.x – Появление BLE — энергоэффективность для датчиков;
- Bluetooth 5.x – Увеличенная скорость, дальность (до 200 м на открытом пространстве для BLE) и пропускная способность для передачи данных. Улучшен аудиопоток.
Bluetooth Audio (современность) – Кодеки aptX, LDAC, AAC для качественного звука и технология LE Audio с новым кодеком LC3 – лучшее качество при меньшем энергопотреблении и поддержка множественного вещания аудио (например, на несколько пар наушников одновременно).
Как вы уже поняли, в каждом устройстве с поддержкой Bluetooth есть специальный модуль – в смартфоне, ноутбуке, телевизоре. Всё также, как у Wi-Fi. Многие ошибочно полагают, что через Bluetooth можно только музыку слушать и разговаривать, но это не так. Можно передавать небольшие файлы и подключать периферийные устройства – мыши, клавиатуры, джойстики.
Конечно, в теории можно было бы все это сделать через Wi-Fi, но здесь можно провести аналогию стрельбы из пушки по воробьям – для Bluetooth не нужны большие расстояния и высокие скорости, поэтому такой протокол был создан для подключения от одного девайса к другому. Здесь можно сказать, что если бы не Bluetooth, то вряд ли бы появились беспроводные гарнитуры и прочие устройства, которым не нужны высокие скорости.
Как работает NFC?
Когда мы оплачиваем на кассе товары с помощью смартфона или платежного стикера, то в дело вступает технология NFC, которая появилась не так давно. Если раньше данную технологию поддерживали не все смартфоны, то сейчас даже бюджетный аппарат может иметь поддержку данного протокола.
Аббревиатура NFC расшифровывается как Near Field Communication — коммуникация ближнего поля.
Можно сразу сказать, что с помощью NFC можно не только оплачивать покупки, но и передавать очень короткие данные, например, для сопряжения двух устройств по Bluetooth между друг другом или активации той или иной функции. Здесь же сразу простой пример — можно купить NFC-метку и приклеить на кровать и настроить всю систему так, что когда на смартфоне зазвонил будильник, не нужно смотреть на экран, чтобы его выключить, достаточно просто поднести смартфон к метке.
Для того чтобы два устройства соединились, их нужно поднести друг к другу. Технология работает на расстоянии от 1 до 10 см и на частоте всего 13.56 МГц — это международный стандарт. Скорость очень невысокая — она может быть 106, 212 и 424 кбит/сек, что достаточно для передачи небольших данных, например, ключей доступов или данных об оплате банковской картой.
В отличие от Wi-Fi и Bluetooth, где нужно вводить пароль или пин-код, здесь ничего вводить не нужно: поднеся свой смартфон к терминалу, вы уже даете согласие на передачу данных. Кстати, скорость соединения здесь мгновенная в отличие от Wi-Fi и Bluetooth, где нужно ждать какое-то время на установку соединения. Здесь весь процесс, включая передачу нужных данных, происходит за время менее чем 0.1 сек.
Есть три режима работы NFC:
- Режим считывания и записи. Инициатором здесь является смартфон, и этот режим служит для считывания и записи NFC-меток. Как вы уже поняли, это нужно для записи и считывания меток, информации с умной визитки или рекламы.
- Режим эмуляции банковской карты. Здесь процесс инициирует платежный терминал, а смартфон является активным устройством, которое «притворяется» банковской картой, так как имеет соответствующий модуль внутри (по аналогии с вышеописанными технологиями). В этом режиме можно оплачивать покупки и транспорт;
- Одноранговый режим пиринговой сети. В этом режиме оба устройства равноправны и доступна передача небольших файлов, например контактов, фотографий, ссылок. Также этот режим создан для быстрого сопряжения других устройств: Bluetooth-наушников или Wi-Fi-роутера. Может использоваться в качестве пропуска куда-либо.
Главный минус NFC состоит в том, что злоумышленники могут, например, в битком набитом транспорте «прикоснуться» беспроводным банковским терминалом к карману, внутри которого находится смартфон. В этом случае может произойти несанкционированное списание денежных средств, ведь вы сознательно не подносили устройство к терминалу.
Но в нашей стране вряд ли так кто-то будет делать – такие платежи доступны лишь для юридических лиц, и такой вид мошенничества очень редкий: слишком просто будет вычислить всю цепочку. Но в других странах такой способ отъема денег может работать. Всё-таки, когда вы не пользуетесь NFC на смартфоне, лучше его отключать в шторке настроек так, на всякий случай.
Какой вывод?
Технологии Wi-Fi, Bluetooth и NFC прочно вошли в нашу жизнь, и без них уже невозможно наше цифровое существование. Каждая технология создана для своей цели. По Wi-Fi мы подключаемся к интернету, по Bluetooth слушаем музыку, а с помощью NFC оплачиваем покупки. Многие спорят о том, что высокие частоты вредят здоровью, но неоднократные исследования ученых опровергают эту теорию. Да и деться уже без высоких частот мы не можем – таковы реалии современного мира.