Draadloze communicatie

Uit Wikibooks
Naar navigatie springen Naar zoeken springen

Doelstellingen[bewerken]

Onderstaande doelstellingen komen in meer of mindere mate aan bod. Ze komen uit het leerplan Toegepaste Informatica van de richting informaticabeheer[1]. De cijfers verwijzen naar dit leerplan. De cursieve doelstellingen zijn praktijkoefeningen die aansluiten bij de theorie, maar die in dit Wikibook niet behandeld worden.

  • 3.1.4 De soorten transportmedia van een netwerk beschrijven en de eigenschappen met elkaar vergelijken, onder meer draadloze connectie.
  • 3.2.9 De oorzaken en gevolgen van elektromagnetische interferentie toelichten.
  • 3.5.1 De gevolgen van een slecht beveiligd netwerk toelichten.
  • 3.5.6 De mogelijkheden van de beveiliging van een draadloos netwerk toelichten en toepassen.

Inleiding[bewerken]

Bij draadloze communicatie is er geen bekabeling aanwezig, met als grote voordeel dat er mobiliteit mogelijk is. Zonder draadloze communicatie had bv. iedereen nog een vaste telefoon, was er geen GPS en konden satellieten niet met de Aarde communiceren.

Toch zijn er ook nadelen t.o.v. bekabeling:

  • Er is een grotere kans op interferentie van het signaal (door muren, andere signalen,...). Hoe groter deze interferentie, hoe groter de kans op fouten. Zo'n interferentie merk je soms als storing in je luidsprekers, bij het ontvangen van een telefoongesprek.
  • Het signaal kan men makkelijker onderscheppen of overnemen. Het eerste kan via ontvangapparatuur, het tweede via zendapparatuur (met bv. een krachtiger signaal dan de echte zendantenna). Aandacht voor veiligheid (encryptie, authenticatie) is dus belangrijk.
  • De wetenschap is er nog niet over of dit impact heeft op de gezondheid, dit geeft men soms aan met elektrosmog.


Overnemen radiofrequenties
Lieven Scheire zoekt met zijn kompanen uit hoe radiofrequenties werken én hoe je ze kunt overnemen. Ze nemen tijdens de ochtendspits op de Brusselse Ring de proef op de som door de radio over te nemen van voertuigen om hen heen. Het is duidelijk dat de radio geen vorm van authenticatie heeft, waarmee de autoradio zou kunnen controleren of het wel de echte zendmast is.

(nl) Lieven Scheire: "Wil de Mercedes achter ons met zijn lichten knipperen?". De Redactie (2015-02-09).


In theorie kan men gebruikmaken van alle vormen van elektromagnetische straling. Hieronder zie je een afbeelding van het elektromagnetisch spectrum. Boven van links naar rechts: gammastraling, röntgenstraling, ultraviolet licht, zichtbaar licht, infrarood licht en radiostraling. Onder een uitvergroting van het spectrum van zichtbaar licht.[2]

Spectre.svg

Uiteraard kan straling die bewezen ongezond is (gammastraling, röntgenstraling) niet gebruikt worden voor draadloze communicatie. Infrarood licht is populair bij afstandsbedieningen, maar niet voor draadloos internet. Infrarood is nl. direct zicht: een tussenliggend object (muur, hand,...) maakt communicatie snel moeilijk. In de praktijk steunen de meeste technologieën dan ook op radiostraling.

Wi-Fi[bewerken]

Wi-Fi.svg

Wi-Fi is een certificatielabel voor producten voor draadloze datanetwerken, die werken volgens de internationale standaard IEEE 802.11 (draadloos ethernet of wifi).

Een product komt enkel aanmerking voor het Wi-Fi-logo als door een onafhankelijk certificatiebureau is aangetoond dat het aan de eisen van Wi-Fi voldoet. Met name het laatste is van belang voor de consument, omdat dit garandeert dat producten met het Wi-Fi-logo samenwerken met producten van andere fabrikanten.

Toepassingen[bewerken]

Er zijn twee verschillende topologieën:

  • Ad hoc, waarbij de ene client direct met een andere client communiceert.
  • Infrastructuur, waarbij er één of meerdere access points (APs) zijn. Vaak is er roaming mogelijk, waardoor er van de ene naar de AP wordt overgeschakeld, zonder de verbinding te verliezen.

Om verschillende draadloze computernetwerken van elkaar te scheiden wordt een aparte naam gegeven: dit is een Service Set Identifier, kortweg SSID.

Veiligheid[bewerken]

Een Wi-Fi-verbinding kan door middel van verschillende technieken worden versleuteld. De twee prominente standaarden zijn WEP en WPA. WEP-beveiliging blijkt in de praktijk makkelijk te kraken; WPA of WPA2 worden daarom aanbevolen. WPA is slechts met zeer veel moeite te kraken, en WPA2 niet of nauwelijks.

Kenmerken[bewerken]

De verschillende Wi-Fi-versies worden aangegegven door letters (a, b, g, n, ac). Ter info vind je in onderstaande tabel de snelheden en het bereik terug[3] (als er meerdere waarden staan bij de datarate, dan komt dit omdat er meerdere bandbreedtes gebruikt kunnen worden).

802.11-netwerkstandaard
802.11
Protocol
Uitgebracht Freq.
(GHz)
Datarate per stream
(Mbit/s)
Binnenshuis
m
Buitenshuis
m
Juni 1997 2,4 tot 2 20 100
a September 1999 5 tot 54 35 120
3,7 -- 5000
b September 1999 2,4 tot 11 38 140
g Juni 2003 2,4 tot 54 38 140
n Oktober 2009 2,4/5 tot 72,2/150 70 250
ac December 2013 5 tot 86,7/200/433,3/866,7 35
ax December 2019? 2,4/5/6

Over de snelheid bestaat veel verwarring: in advertenties en folders doet men alsof de vermelde snelheden vergelijkbaar zijn met ethernet-snelheden. Het gaat hier echter om de ruwe snelheden van het radiokanaal (gemeten aan de fysieke laag en dus de througput/doorvoersnelheid). De radioverbinding is half-duplex (de stations kunnen alleen om-en-om zenden, niet tegelijkertijd) en er gaat tijd verloren bij het omschakelen van richting. Bovendien komt er nog extra overhead bij door foutcorrectie en hertransmissie. Al met al is de goodput (gemeten aan de applicatielaag) maar hooguit de helft van de throughput (en meestal minder).

Het bereik is sterk afhankelijk van de situatie: zo merk je dat het bereik binnenshuis (met vele obstakels) een stuk lager ligt dan buitenshuis. Waar de AP staat maakt ook veel uit: zo zal een AP in een hoek van het huis, op de grond een minder goed bereik hebben dan centraal in het huis, op een zekere hoogte.[4]

Wi-Fi op lange afstand
Hoewel een WiFi-signaal standaard slechts een bereik heeft van enkele tientallen meter, kan dat fors worden uitgebreid door aanpassingen van het netwerkprotocol en door het gebruik van gerichte antennes. Op die manier kunnen dunner bevolkte gebieden voor zeer weinig geld met het internet worden verbonden. Zo'n netwerk bestaat meestal uit een combinatie van point-to-point verbindingen, die elk een paar kilometer tot hooguit 50 of 100 kilometer lang zijn. Elk knooppunt bestaat uit minstens twee gerichte antennes: één daarvan is gericht op het vorige knooppunt, de andere op het volgende knooppunt. De langste WiFi-link ter wereld, opgezet in 2007, is een draadloze verbinding van 384 kilometer in Venezuela. Zo'n netwerken bestaan ook in Europa met Guifi.net (Spanje), Freifunk (Duitsland) en AWMN (Griekenland).

(nl) Bouw een lowtech internet. Lowtech Magazine (2015-10-18).


Wi-Fi-producten maken vooral gebruik van radiofrequenties in de 2,4 GHz- en/of 5,0 GHz-band die onder voorwaarden zonder licentie gebruikt mogen worden. De 2,4 GHz-band is dezelfde band waarin ook magnetrons werken, maar ook draadloze muizen en toetsenborden, draadloze deurbellen, garagedeuropeners, hoofdtelefoons en veel andere apparatuur werken vaak op deze band. Dit zorgt dat er verstoring kan optreden. Zo zou het kunnen dat de draadloze deurbel van de buren de dampkamp (die kan worden bediend met aan afstandsbediening) kan aanzetten.

Naast de gebruikte GHz-band wordt er ook gebruik gemaakt van verschillende kanalen (en:channels). Als je verschillende netwerken in elkaars buurt hebt en ze gebruiken hetzelfde kanaal, dan krijg je verstoring. Onderzoek dus of een ander kanaal niet vrij is, wat je dan vervolgens kan instellen in jouw AP.

Grafische voorstelling van 2.4 GHz band kanalen

Bluetooth[bewerken]

Bluetooth.svg

Bluetooth is een andere draadloze technologie, die zuiniger en goedkoper is dan Wi-Fi. Het biedt echter minder bandbreedte en bereik. Deze open standaard wordt vooral gebruikt voor apparaten die werken op batterijen en die op korte afstand willen communiceren met elkaar.

Toepassingen[bewerken]

Belangrijke toepassingen zijn het verzenden van bestanden tussen apparaten zoals computers en mobiele telefoons, het zenden van een document of afbeelding van een computer naar een printer, het zenden van toetsaanslagen van een toetsenbord naar een computer, het zenden van een afbeelding van een scanner naar een computer, het zenden van geluid naar een draadloze koptelefoon enzovoort.

Veiligheid[bewerken]

In het basisprotocol zitten twee belangrijke zaken i.v.m. veiligheid:

  • Encryptie: de signalen tussen de apparaten worden versleuteld, zodat iemand dit signaal niet zomaar kan oppikken (bluesniffing), om bv. de toetsaanslagen (en wachtwoorden) van een Bluetooth toetsenbord op te pikken.
  • Authenticatie: is het andere apparaat daadwerkelijk wie hij beweert te zijn? Mocht dit afwezig zijn, zou een ander, onveilig apparaaat ook een geëncrypteerde verbinding kunnen opzetten.

Een goede veiligheid is belangrijk, omdat zo bv. ongemerkt gegevens uit jouw telefoon zouden kunnen achterhaald worden d.m.v. Bluetooth (het was alvast een vaak gebruikte techniek in de serie Person of Interest).

LPWAN[bewerken]

Voor sommige toepassingen is én een groot bereik nodig, én weinig energie (zodat een kleine batterij volstaat). Wi-Fi voldoet niet wegens te energieslurpend, maar Bluetooth ook niet, wegens een te klein bereik. Bij een groot bereik en weinig energieverbruik kom je terecht in een LPWAN (Low-Power Wide-Area Network). Deze techniek kan interessant zijn bij sommige IoT-toepassingen. Helaas is er ook een nadeel: een lage bit rate.

Een voorbeeld van LPWAN is LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) dat wordt gebruikt bij Proximus of KPN.[5] Andere voorbeelden zijn Sigfox en NB-IoT.

Pet Tracker volgt je huisdier via LPWAN
De Pet Tracker van Invoxia is een klein toestelletje dat je aan de halsband van jouw huisdier kan bevestigen. Het bevat een GPS-ontvanger en elektronica om deze locatie door te geven (bv. als het huisdier een "veilige zone" verlaat). De communicatie gebeurt via het low-powernetwork van Sigfox, waardoor de accu een drietal maanden kan meegaan.

(nl) Pet Tracker van Invoxia volgt je huisdier op de voet via Sigfox-netwerk. tweakers.net (2019-01-09).


Mobiele telefonie[bewerken]

De mobiele telefoon was en is aan een snelle evolutie onderhevig, met heel wat netwerkprotocollen zoals GSM, GPRS, 3G of 4G. Waar het eerst enkel werd gebruikt om te SMS'en en te telefoneren heeft het dankzij een snellere dataverbinding heel wat meer toepassingen gekregen.

DVB[bewerken]

DVB (digital video broadcasting) is een internationaal aanvaarde open standaard voor digitale televisie. Naast DVB-C (digitale tv via de kabel) zijn er ook draadloze mogelijkheden:

  • DVB-T: digitale tv via zendmasten op aarde (terrestrial). Hiermee kon je tot 1 december 2018 gratis Eén, Canvas, Ketnet en vele radiozenders ontvangen.
  • DVB-S: digitale tv via satelliet. Hiervoor is een line of sight verbinding nodig tussen schotelantenne en satelliet. Gebouwen of andere obstakels mogen niet in de weg staan.

Hier is sprake van "communicatie" in één richting.

Streepjescode en QR-code[bewerken]

Streepjescode is ongetwijfeld het meest bekend van in de winkel, om zo snel producten te kunnen inscannen. Via een QR-code kan je nog meer informatie bewaren, bv. een QR-code die je via de smartphone inscant, zodat je een website kan openen. Deze technologieën maken gebruik van zichtbaar licht, waardoor de reikwijdte beperkt is. Bovendien is er maar communicatie in één richting.

Zo kan je bv. in sommige winkels de streepjescode van een product scannen, om zo extra info te weten en het eventueel toe te voegen aan je winkelmandje. Bij het buitengaan kan je dan via het scannen van een QR-code direct betalen.[6]

RFID en NFC[bewerken]

Wie al gewerkt heeft met streepjes- of QR-codes weet dat je goed moet mikken. Dit kan in sommige toepassingen vervelend zijn, waardoor men gezocht heeft naar andere technologieën:

  • Radio-frequency identification (identificatie met radiogolven, RFID) is een technologie om van een afstand informatie op te slaan in en af te lezen van zogenaamde RFID-tags die op of in objecten of levende wezens zitten. Het gaat hier primair om opslag en verzenden van informatie in één richting.
  • Near field communication (NFC) is een vorm van RFID, maar met NFC kan in twee richtingen gecommuniceerd worden. NFC wordt, onder andere, toegepast in mobiele telefoons als betaalmiddel en in ticketsystemen.
Chip als personeelsbadge
Bij enkele werknemers van het Mechelse bedrijf New Fusion is vandaag een chip ingeplant. Met die chip kunnen de werknemers binnen en buiten op het werk zonder een badge of sleutel te gebruiken. De chip wordt geplaatst tussen duim en wijsvinger.

(nl) Chip als personeelsbadge? Voelt aan als een prikje. deredactie.be (2016-12-14).


Kassaloos betalen
Gebruikers moeten een app installeren en een speciale kaart of hun Android-smartphone met NFC tegen het schaplabel bij producten in de Albert Heijn To Go houden. Nadat ze de winkel uitlopen, wordt automatisch een opdracht voor automatische incasso naar de rekening van de klant gestuurd

(nl) Albert Heijn start kassaloos betalen met Android-smartphones. tweakers.net (2018-09-24).


Kenmerken[bewerken]

Er is niet gekozen om álle draadloze mogelijkheden te bespreken, noch om enkel de meest populaire te behandelen. Er is wel een keuze gemaakt voor deze technologieën die enkele aspecten van draadloze communicatie bespelen:

  • Bereik: hoe ver reikt het signaal nog betrouwbaar. Bijvoorbeeld: DVB-S > LPWAN > WiFi > Bluetooth.
  • Verbruik. Bijvoorbeeld: Wi-Fi > Bluetooth > LPWAN.
  • Interferentie. In welke mate is er last van obstakels die de communicatie kunnen belemmeren? Zo hebben de technologieën die gebruikmaken van zichtbaar licht (streepjescode, QR-code) of infrarood heel wat last van obstakels. Maar ook DVB-S heeft hier last van. Bij gebruik van radiogolven (bv. Wi-Fi) speelt dit een stuk minder.
  • Bidirectioneel of unidirectioneel. Zo mag bij het DVB-S de bandbreedte wel hoog liggen, maar door de hoge latency is bidirectionele communicatie praktisch niet haalbaar. Bij een streepjecode is het ook duidelijk dat bidirectionele communicatie niet kan.
  • Al of niet roaming. Dit is waarschijnlijk het meest bekend bij mobiele telefonie. In het buitenland staan er nl. geen gsm-masten van je eigen provider. Om toch te kunnen bellen laat een buitenlandse provider d.m.v. roaming toe dat je gebruikt maakt van hun infrastructuur. Wi-Fi-roaming kan je hebben wanneer je bij een groter netwerk met meerdere draadloze toegangspunten (APs) eerst verbonden was met de ene AP. Wanneer je je verplaatst kan het zijn dat een andere AP een beter signaal heeft. Als je bestaande verbinding transparant verdergaat, dan spreek je over Wi-Fi-roaming (strikt gezien is het handover).

Het is niet zo dat één technologie dé beste is: altijd moeten bovenstaande kenmerken bekeken worden, voordat een keuze wordt gemaakt.

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Meer informatie op leerplan D/2015/7841/003
  2. Een andere weergave van het elektromagnetisch spectrum vind je in de infografiek op Science Media Centre, nl. Common sources of radiation.
  3. Bron: Wikipedia > IEE_802.11, waar nog meer informatie af te lezen valt
  4. Zie ook countrymilewifi.com: Simple & Free Ways to Improve Your WiFi Reception.
  5. Een achtergrondartikel i.v.m. een netwerk dat IoT-toepassingen kan ondersteunen is Low-powernetwerken in wording - Lora: het ultieme tweakersnetwerk?
  6. Hln.be. VIDEO. Kassaloos winkelen bij Spar: boodschappen zelf scannen én betalen met smartphone
Informatie afkomstig van http://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.