Konektory, zbernice a prepojenia na najbližšie roky

Drôtové a bezdrôtové pripojenia rôznych zariadení sú neoddeliteľnou súčasťou sveta počítačov. Kým tie najrozšírenejšie používajú denne milióny ľudí, iné sú len na okraji záujmu. Viete, ktoré pripojenia nás budú sprevádzať v nasledujúcich rokoch? Čím sa vyznačujú nové konektory a zbernice USB 3.1, SATA 3.2, MHL 3.0 či Thunderbolt 2? Čo prinášajú nové bezdrôtové špecifikácie Wi-Fi 802.11ac/ad/af? Tomu sa budeme venovať práve v tomto článku.

Problematika vzájomného prepojenia hardvérových súčastí či samostatných zariadení nie je asi nikomu cudzia. Veď kto by nepoznal napríklad najrozšírenejšie káblové pripojenie periférnych zariadení počítača prostredníctvom univerzálnej sériovej zbernice, známejšej pod skratkou USB. Či už pripájate k počítaču tlačiareň, externý disk, myš, alebo kľúč USB, podoba konektora USB je vám určite dobre známa. Vďaka chvályhodnej snahe Európskej komisie, ktorá v roku 2009 pretlačila unifikovanie nabíjacích systémov mobilných zariadení, sa dnes USB používa aj ako „nabíjacia platforma" drvivej väčšiny telefónov, tabletov a iných príbuzných zariadení.

V prípade bezdrôtového pripojenia hrá na úrovni periférií prím Bluetooth, a pokiaľ k notebooku či tabletu pripájate bezdrôtovú klávesnicu, reproduktory či náhlavnú súpravu, je vaším častým spoločníkom. Pri vytváraní bezdrôtových sietí si zase každý spomenie na Wi-Fi s jeho špecifikáciou IEEE 802.11, pri káblovom pripájaní monitorov a TV zase na HDMI, DVI či DisplayPort. To, ako veľmi sa jednotlivé typy pripojení rozšíria oproti svojej menej známej konkurencii, závisí od mnohých faktorov. Nepatrí medzi ne len pohodlie používania, rýchlosť dátového prenosu či iné technologické limity, ale aj vôľa výrobcov (zvyčajne ovplyvnená výrobnými nákladmi) integrovať rozhranie do svojich produktov. Kým jedno sa často stane „masovkou", iné, neraz podobné a občas aj mierne lepšie, je okrajová záležitosť. S čím sa teda budeme dostávať do styku v najbližšom čase?

USB 3.1

Zbernica USB je s nami už takmer 20 rokov. Počas tohto obdobia prišlo na svet niekoľko nových verzií, ktoré priniesli rôzne typy konektorov pre jednotlivé špecifické zariadenia. Používateľsky najviditeľnejšia zmena každej novej verzie je prakticky vždy zvýšenie prenosovej rýchlosti. Pôvodná špecifikácia USB 1.0, respektíve 1.1, ktorá sa začala používať v 90. rokoch minulého storočia, sa vyznačovala dvoma režimami spojenia. Režim Low Speed znamenal prenos 1,5 Mbit/s (187 kB/s) a režim Full Speed 12 Mbit/s (1,5 MB/s). Verzia USB 2.0, ktorej špecifikácia sa dostala na svet v roku 2000, priniesla oveľa použiteľnejšiu prenosovú rýchlosť 480 Mbit/s (60 MB/s), označovanú ako High Speed.

Aktuálna verzia USB 3.0, ktorej oficiálna špecifikácia bola vydaná koncom roka 2008, pokračovala zvýšením na 5 Gbit/s (625 MB/s). Tento variant spojenia dostal marketingové označenie SuperSpeed a od roku 2010, keď boli predstavené prvé zariadenia, pokračuje vo svojom rozširovaní a dnes už je vo výbave drvivej väčšiny nových počítačov. V krátkom čase však očakávame opäť rozvírenie hladiny. V júli minulého roka organizácia USB Implementers Forum (USB-IF) oficiálne vydala špecifikáciu USB 3.1, ktorej hlavnou prednosťou je zdvojnásobenie rýchlosti zbernice z aktuálnych 5 Gbit/s na 10 Gbit/s (1,25 GB/s). Prvé zariadenia vybavené USB 3.1 (používajúce aj označenie SuperSpeed+) by sa mohli objaviť na konci tohto roka alebo hneď na začiatku toho budúceho.

Podobne ako predchádzajúce verzie aj USB 3.1 bude spätne kompatibilné v rámci klasického konektora typu A (najznámejší typ, používaný napríklad na kľúčoch USB). Zariadenie typu USB 3.1 tak budete môcť pripojiť k starším typom tejto zbernice a staršie zariadenia budete môcť pripojiť aj do nového portu. Maximálna rýchlosť dátového prenosu bude v takýchto prípadoch taká, akú podporuje najpomalší článok. Okrem klasického konektora typu A používa zbernica USB aj konektor B („štvorcový" tvar, používaný hlavne na tlačiarňach) a konektory typu Mini a Micro (oba navyše v dvoch variantoch, označovaných A, B), určené pre zariadenia s malými rozmermi. Verzia USB 3.0 priniesla úpravu rozmeru B a Micro konektora, ktoré sú z dôvodu rozšírenia pinov väčšie ako ich predchodcovia (staršia verzia sa do nich dá osadiť, naopak to už nie je možné).

Tento zmätok chce verzia 3.1 trochu napraviť. Objaví sa totiž nový konektor typu C, ktorý nahradí súčasné varianty Mini a Micro (vrátane USB 3.0 Micro-B). Finálna podoba tohto konektora je momentálne v príprave (pripomienky vývojárov rôznych spoločností boli prijímané počas mesiacov február a marec) a jeho finálne predvedenie sa očakáva v priebehu niekoľkých mesiacov. Podľa oznámení organizácie USB-IF pôjde o nový dizajn, z hľadiska veľkosti podobný konektoru USB 2.0 Micro-B (používaný napríklad na smartfónoch). Bude však navrhnutý tak, aby sa dal zasunúť oboma smermi. Skončí sa tak nevrlosť používateľov, ktorí pri zasúvaní často trafia opačne. Prepojenie na klasický port typu A (používaný v klasických počítačoch) zaobstarajú nové káble alebo pasívne adaptéry.

Grafický návrh konektora USB 3.1 typu C, ktorý nahradí staršie konektory mini a micro USB. Jeho finálna podoba sa môže do vydania ešte zmeniť.

USB 3.1 však neznamená len zvýšenú rýchlosť a nový konektor typu C. Pod povrchom sa ukrýva niekoľko veľmi zaujímavých noviniek. Jedna z hlavných je použitie nového kódovania dát na zvýšenie efektivity dátového prenosu. Efektívna, respektíve reálna prenosová rýchlosť je práve to, čo používateľa zaujíma. Ako sme už uviedli, uvádzaná rýchlosť USB 2.0 je 480 Mbit/s, teda 60 MB/s. Drvivá väčšina používateľov však vie, že takéto rýchlosti zbernica nedosahuje. Reálna rýchlosť je v dôsledku zahlcovania (a takisto zabezpečenia bezproblémovej komunikácie) nižšia o 40 až 50 %, čo znamená skutočné prenosy na hodnotách 30 až 35 MB/s.

USB 3.0 prinieslo zlepšenie s použitím kódovacej schémy 8b/10b, pri ktorej sa 8 bitov dátového obsahu (1 bajt) zakóduje pri prenose ako 10 bitov (túto schému používajú napríklad aj zbernice SATA, HDMI či PCI Express). Dva dodatočné bity v rámci kódovacej schémy zaručujú opraviteľnosť dát, ktoré môžu byť v priebehu prenosu poškodené elektromagnetickým (EMI) alebo rádiovým (RFI) rušením. Vo vysoko optimalizovanom systéme tak rýchlosť USB 3.0 môže dosiahnuť 65 % svojej teoretickej hodnoty (625 MB/s), čo je okolo 400 MB/s. USB 3.1 pokračuje v tomto smere ďalej a prenos ešte zefektívňuje použitím schémy 128b/132b, pri ktorej je k 128 bitom (16 bajtom) pridaná 4-bitová hlavička.

Detekcia hlavičky a extrakcia dát je o niečo zložitejšia (a teda výkonovo náročnejšia), ale možnosť zahlcovania ešte výrazne klesne. Aj keď sa teda z teoretickej hodnoty zdá, že zvýšenie rýchlosti USB 3.1 je oproti verzii USB 3.0 dvojnásobné (z 5 Gbit/s na 10 Gbit/s), v skutočnosti je vďaka zníženiu zahlcovania 2,5-násobné. V reálnom nasadení by tak USB 3.1 mohlo pri vysokej optimalizácii zariadení dosiahnuť rýchlosť 1 GB/s. K ďalším zmenám patrí napríklad pribudnutie PTM (Precision Time Measurement), ktoré na úrovni protokolu umožňuje veľmi presné meranie času na určovanie oneskorení v rámci prenosu, ďalej lepšie škálovanie z hľadiska nabíjania zariadení a v neposlednom rade aj úprava vnútri fyzických káblov, kde pribudne lepšie tienenie vodičov.

Účelom robustnejšieho tienenia je čo najväčšie potlačenie rušenia a nežiaducej interferencie s bezdrôtovými spojeniami Bluetooth a Wi-Fi. Zmeny nastanú aj z hľadiska dĺžky káblov. Kým v prípade USB 2.0 sa v špecifikácii ráta ešte aj so spojením dlhým päť metrov, pri USB 3.0 je to len dvoj- až trojmetrové a v prípade nového USB 3.1 sa predpokladá už len jednometrová dĺžka. Ide o pomerne logický dôsledok toho, že napríklad moderné tlačiarne nepotrebujú extrémne dlhé káble (zvyčajne majú možnosť pripojenia do bezdrôtovej siete) a ostatné zariadenia sa k počítaču pripájajú zväčša na malé vzdialenosti (externé disky, smartfóny a podobne). Samozrejme, to neznamená, že dlhšie káble nebudú existovať. Rýchlosť dátového prenosu v nich však môže klesnúť.

Odhad rozšírenia USB 3.1 v najbližších rokoch: Veľké

Thunderbolt 2

Kým s rozšírením USB 3.1 môžeme v najbližších rokoch prakticky s určitosťou rátať, nová verzia rozhrania Thunderbolt nič nemá isté. Toto hardvérové rozhranie na pripojenie periférií predstavil Intel v roku 2011 a odvtedy do sveta veľkú dieru neurobilo. Z hľadiska technológie ide o zaujímavé rozhranie, ktoré kombinuje PCI Express, DisplayPort a napájanie do jediného prvku. Ako vstup slúži konektor mini DisplayPortu a s použitím hubu k nemu možno pripojiť až šesť samostatných zariadení. Thunderbolt sa po prvýkrát objavil na notebooku Apple MacBook Pro (v roku 2011) a odvtedy pribudol na trhu len malý počet ďalších zariadení s ním. Najväčším nepriateľom rozšírenia je cena, ktorá výrazne prekračuje bežné konkurenčné riešenia, a to nielen z hľadiska radičov, ale aj kabeláže. Rozhranie bolo pôvodne navrhnuté len pre optické káble (až do dĺžky 100 m), ale napokon sa dostali na svet aj lacnejšie riešenia s medenými vodičmi (do 3 m). Vzhľadom na to, že káble Thunderbolt obsahujú v koncovkách zabudované čipy, je však cena stále vysoká a nie každý je ochotný utratiť za dvojmetrový kábel 40 eur.

Podpora rozhrania na notebookoch bola za posledné roky veľmi malá a niektorí výrobcovia po pár vydaných modeloch dokonca oznámili (napr. Acer), že s ňou už v budúcnosti ani nepočítajú (obrovský rozdiel v cene podľa nich nevyváži prinesené výhody). Ošemetná situácia je aj v prípade stolových počítačov, kde sa Thunderbolt nedá ľahko doplniť samostatnou kartou PCIe. Karty síce existujú (napríklad Asus ThundeboltEX), ale doska už na ich osadenie musí byť pripravená (Thunderbolt Ready), čo spĺňa len niekoľko drahších modelov.

Prvá verzia Thunderboltu dosahuje teoretickú prenosovú rýchlosť 10 Mbit/s (1,25 GB/s), čo je totožné s novým USB 3.1. Aby si rozhranie udržalo technologickú nadvládu, predstavil Intel v minulom roku novú verziu Thunderbolt 2, ktorá je z hľadiska konštrukcie totožná s predchádzajúcou, ale jej dve samostatné 10-megabitové linky (jedna na obraz monitora s DisplayPortom, druhá na dáta) boli združené do jednej 20-megabitovej (2,5 GB/s). Vzhľadom na to, že bežné monitory vlastnú linku doplna zvyčajne nevyužívali, spojenie do spoločnej sa dá vnímať ako vhodný krok.

Nové radiče, ktoré prídu na trh tento rok, by zároveň mali priniesť zvýšené možnosti napájania zariadení (v súvislosti s medenými káblami). Súčasné verzie dokážu obsluhovať pripojený hardvér svojpomocne do spotreby 10 W, v blízkej budúcnosti by mala táto hladina stúpnuť až na 53 W. Thunderbolt sa každopádne bude snažiť presadiť, pričom bude lákať na lepšie parametre a možnosť združovania zariadení do jediného kábla. No keďže v dôsledku jeho komplexnosti sa nezdá, že by sa v dohľadnom čase mala jeho cena výrazne znižovať, pravdepodobne zostane okrajovou záležitosťou a postihne ho podobný osud, ako FireWire, ktorý svoj súboj s USB aj napriek vyššej prenosovej rýchlosti prehral (najväčší podiel na tom mala práve cena).

Odhad rozšírenia Thunderbolt 2 v najbližších rokoch: Malé

SATA v revízii 3.2 a SATA Express

Rozhranie SATA, ktorým sú interné úložiská v podobe HDD alebo SSD pripojené k základnej doske notebooku či desktopu, je z hľadiska funkčnosti zariadenia nesmierne dôležité. Asi najpálčivejšia udalosť posledného obdobia je nástup rýchlych SSD, ktorý zastihol vývojárov SATA takpovediac so spustenými nohavicami. Organizácia SATA-IO (Serial ATA International Organization) pritom v minulosti nemala žiadny problém udržať si „náskok" pred zariadeniami. Už prvá revízia SATA (1.0) z roku 2003 totiž umožňovala reálny prenos 150 MB/s (jej oficiálny názov je SATA 1,5 Gbit/s, čo je zároveň teoretická rýchlosť tejto zbernice - 187 MB/s).

V roku 2005 sa dostala na svet druhá revízia (2.0) s teoretickou rýchlosťou 3 Gbit/s (375 MB/s), čo je v realite vzhľadom na použité kódovanie 8b/10b takisto dvojnásobok predošlej priepustnosti, teda 300 MB/s. S nástupom aktuálnej tretej revízie (3.0) z roku 2009, ktorá má teoretickú rýchlosť 6 Gbit/s (750 MB/s) a reálny dátový tok do 600 MB/s, by sa mohlo zdať, že všetko prebieha hladko. Z pohľadu pevných diskov, ktoré počítačom dlho vládli, to tak aj bolo. V roku 2010 totiž dosahovali najvýkonnejšie 10 000-otáčkové verzie prenos 157 MB/s, čím ešte len začali využívať možnosti SATA 3 Gbit/s (revízia 2.0).

Organizácia SATA-IO si však od nervozity začala povoľovať golier na košeli, pretože v skutočnosti prišla nová generácia zberníc až na poslednú chvíľu. Pre disky SSD, ktoré v tom období začínali naberať na popularite, boli totiž prenosové rýchlosti na úrovni viac stoviek MB/s na dennom poriadku. Kým nové 600 MB/s rozhranie „domáce" SSD na chvíľu uspokojilo, výkonné varianty už v tom čase začali jej limit prekračovať a osadzovali sa ako karty do slotu PCIe. Pokrok v NAND jednoducho nachytal organizáciu SATA-IO na hruškách a v roku 2011, kedy sa prvé produkty s týmto rozhraním dostali na trh, bolo už dávno jasné, že situáciu treba urýchlene riešiť.

Výrobcovia SSD totiž okamžite prišli na trh s radičmi, ktoré rýchlosť novej zbernice dokázali vyčerpať až do konca. Z pohľadu SATA-IO to bola pritom katastrofa, pretože vývoj nástupníckej generácie v podobe SATA 12 Gbit/s (v realite 1,2 GB/s) by trval roky a nič by nevyriešil. Dvojnásobná rýchlosť by totiž už bola v tom čase dávno nedostatočná, nehovoriac o tom, že rapídny vývoj by stál obrovskú sumu peňazí. Jedinou šancou bolo teda poobzerať sa po rýchlom existujúcom riešení, ktoré by sa dalo upraviť.

Cieľom združenia SATA-IO sa stala zbernica PCI Express (PCIe), ktorá nielenže poskytuje dostatočnú rýchlosť, ale je aj integrovaná vo väčšine systémov. Základné dosky sú v súčasnosti obyčajne vybavené slotom PCIe 3.0 s ôsmimi alebo šestnástimi linkami pre grafickú kartu, ktorý je doplnený o niekoľko jednolinkových verzií (zvyčajne PCIe 2.0) pre ďalšie zariadenia. Ak disk SATA využije dve linky PCIe smerované do južného mostíka, už pri staršej generácii PCIe 2.0 dosiahne rovnaký dátový tok ako vo svojej tretej revízii.

Vzhľadom na to, že PCIe používa rovnaké kódovanie prenosu ako SATA, je jeho efektivita podobná (78 až 80 %) a výsledkom by bola hodnota mierne prevyšujúca 600 MB/s. Toto riešenie dostalo názov SATA Express (SATAe), pričom jeho cieľom je hlavne adoptovanie PCIe 3.0, ktoré má dvojnásobnú rýchlosť a väčšiu efektivitu (podobne ako USB 3.1 už používa kódovanie 128b/132b). Použitie dvoch liniek PCIe 3.0 umožňuje v realite prenos blízky 1,5 GB/s, zatiaľ čo v prípade štyroch liniek 3 GB/s. To, čo nové riešenie SATA Express potrebuje, je integrovanie podpory PCIe 3.0 jednak do diskov SSD (všetky existujúce radiče sú len pre PCIe 2.0) a hlavne do čipových súprav základných dosiek (spojenie PCIe 3.0 pre grafickú kartu ide mimo južného mostíka, respektíve čipu PCH obsluhujúceho disky).

K tomu by malo dôjsť v priebehu tohto roka, respektíve na začiatku budúceho. ASUS na tohtoročnom veľtrhu CES predviedol prototyp základnej dosky Z87-Deluxe/SATA Express, ktorý ukázal, ako bude budúci konektor vyzerať (pozri obrázok). Vzhľadom pripomína spojenie dvoch bežných konektorov SATA a jedného doplnkového prvku. Tento vzhľad umožní, že doň pripojíte buď jeden veľký kábel SATA Express na disk SATA Express, alebo doň klasickým malým káblom SATA pripojíte dva obyčajné disky SATA, ktoré budú fungovať v režime SATA 6 Gbit/s. Konektor SATA Express tak umožňuje napojenie na zbernicu SATA aj PCIe.

Finálna podoba konektora SATA Express a jeho prepojovacieho kábla - kábel sa dočká ešte drobných estetických úprav

SATA Express je súčasť novej revízie SATA, ktorá má označenie 3.2. Okrem SATA Express v nej pribudol aj ďalší nový konektor SATA M.2, ktorý je určený ako náhrada konektora mini-SATA (mSATA), používaného na tabletoch, ultrabookoch a iných tenkých zariadeniach. Slúži na pripojenie doplnkových modulov v podobe SSD, NFC, Wi-Fi a iných kariet vyrobených vo formáte M.2 (šírka 1,2 až 3 cm a dĺžka 1,6 až 11 cm). Tento konektor je pritom napojený nielen na zbernicu SATA a PCIe, ale aj zbernicu USB 3.

Fyzické zmeny však nie sú jediné novinky revízie 3.1. Oproti staršej verzii 3.0 (používajúcej názov SATA 6 Gbit/s) pribudlo aj množstvo zmien na úrovni protokolu, ako napríklad zvýšenie výkonu hybridných diskov (kombinácia HDD a SSD) a zníženie spotreby pri nečinnosti. Asi najväčšia zmena sa však znovu týka SATA Express, ktoré umožní použitie komunikačného rozhrania NVMe (jeho natívna podpora sa objavila na Windows 8.1 ). Ide o novú špecifikáciu komunikácie s radičom, ktorá je od základu navrhnutá pre nemechanické úložiská.

Nahradí tak (v prípade SSD) špecifikáciu AHCI, pri ktorej návrhu sa hľadelo na vysokú efektivitu práce s rotujúcimi platňami a fixnou osou čítacej a zapisovacej hlavy. Súčasné SSD sú nútené AHCI používať napriek tomu, že takáto komunikácia nie je pre ne prirodzená a viac by im vyhovoval obdobný režim, aký používa operačná pamäť. NVMe práve toto umožňuje a od začiatku predpokladá, že komunikuje s úložiskom s nízkymi latenciami a rozsiahlym paralelizmom. Kým napríklad AHCI umožňuje len jeden zástup maximálne 32 príkazov (čo je normálne vzhľadom na mechanický princíp HDD), NVMe umožňuje vytvorenie 65 536 zástupov, z ktorých každý môže obsahovať 65 536 príkazov.

Z uvedených špecifík je jasné, že ďalší výkonnostný posun SATA Express bude v budúcnosti prichádzať ruka v ruke s novými špecifikáciami PCIe. V rámci grafických kariet dávno aktuálnu, ale mimo nich prakticky ešte nenasadenú verziu 3.0 predstavila vývojová skupina PCI-SIG (Peripheral Component Interconnect Special Interest Group) už v novembri 2010. Je však pravda, že adoptovanie špecifikácie do reálnych produktov nejaký čas trvá. Pri PCIe 4.0, ktorého špecifikácia by mala byť dokončená pravdepodobne v budúcom roku, azda už vďaka existencii SATA Express žiadna segregácia nenastane a dočkáme sa jej rýchleho adaptovania nielen v rámci grafických kariet, ale aj južného mostíka/ čipu PCH obsluhujúceho interné úložiská.

Odhad rozšírenia SATA Express v najbližších rokoch: Veľké

MHL 3.0

MHL (Mobile High-Definition link) je technologický štandard na prenos audio- a videoobsahu zo smartfónov a tabletov do televízorov a príbuzných zariadení. Vyvíja ho MHL konzorcium zložené z mnohých výrobcov smartfónov, pričom jeho prvá špecifikácia bola uvoľnená v roku 2010 (prvé produkty pre koncového zákazníka sa objavili v roku 2011). Na pripojenia sa využíva konektor micro USB smartfónu a konektor HDMI televízora, pričom technológia nie je určená len na jednoduché sledovanie filmov, prezentácií a fotografií, ale napríklad aj na hranie hier, kde smartfón slúži nielen ako zdroj obsahu, ale aj ako ovládač.

Rovnako možno „simulovať" desktop, pričom sa k smartfónu pripojí bezdrôtová klávesnica a myš a obraz smartfónu sa nechá zobrazovať na TV či monitore. MHL vyžaduje smartfón s podporou tejto technológie, ku ktorému sa cez rozhranie USB pripojí špeciálny adaptér MHL, z ktorého vedie kábel do ľubovoľného televízora so vstupom HDMI. V prvej verzii bolo treba adaptér napájať (nabíjačkou telefónu), v druhej verzii z roku 2012 (MHL 2.0) pribudol na podporovaných zariadeniach upravený konektor micro USB, ktorý odstránil nutnosť napájania (Samsung Galaxy S III, Galaxy Note II, Galaxy S4).

Aktuálna tretia špecifikácia (MHL 3.0), ktorá sa práve začína objavovať na rôznych zariadeniach, priniesla podporu 4K videa, osemkanálového zvuku a navyše schopnosť dobíjania pripojeného smartfónu/tabletu (10 W). Po prvýkrát sme ju mohli vidieť v akcii na nových vlajkových zariadeniach Sony, predstavených začiatkom marca (smartfón a tablet Xperia Z2). S rozširovaním technológie zároveň pribúda počet TV, ktoré MHL priamo podporujú, a tak možno smartfóny prepájať aj priamym káblom USB/HDMI bez potreby adaptéra.

Prepojenie smartfónu a TV cez MHL 3.0 umožňuje aj prenos Ultra HD videa

Odhad rozšírenia MHL v najbližších rokoch: Stredné

Bluetooth Smart

Bluetooth je najpoužívanejšie bezdrôtové prepojenie periférií notebookov, tabletov a smartfónov. Túto technológiu pôvodne vyvinula v roku 1998 švédska spoločnosť Ericsson, ale dnes na jej vývoj dohliada tisíce spoločností v rámci združenia Bluetooth SIG. Bluetooth používa ultrakrátke vlny na frekvencii 2,4 až 2,485 GHz a počas posledných desiatich rokov sa objavilo množstvo jeho zlepšení. Najväčší prerod však zažíva v posledných rokoch, keďže sa rozširuje jeho nový variant Bluetooth Smart.

Ide o technológiu pôvodne známu ako Bluetooth low energy, ktorú v roku 2006 predstavila spoločnosť Nokia pod marketingovým menom Wibree. V roku 2010 sa s úpravami a pod novým názvom Bluetooth Smart stala súčasťou špecifikácie Bluetooth 4.0 a na konci roku 2011 sa objavilo prvé zariadenie s jej podporou (Apple iPhone 4S). Množstvo ďalších zariadení sa dostalo na trh v roku 2012 a po zabudovaní natívnej podpory v Androide 4.3 ešte viac v roku 2013. Tento proces „generačnej" výmeny stále pokračuje aj v súčasnosti, a to vrátane softvérovej aktualizácie na špecifikáciu Bluetooth 4.1 z decembra minulého roka.

Oproti pôvodnému, či skôr klasickému Bluetoothu je cieľom variantu Smart sprostredkovať spojenia s výrazne redukovanou spotrebou (o 50 až 90 %) pri zachovaní rovnakého dosahu a rýchlosti prenosu dát. Toto spojenie však nie je kompatibilné s predchádzajúcou verziou. Súčasná verzia špecifikácie obsahuje tri samostatné verzie protokolu: Bluetooth Classic s rýchlosťou prenosu 0,1 až 0,4 MB/s, Bluetooth High Speed založený na Wi-Fi (3 MB/s) a nízkoenergetický Bluetooth Smart (0,1 MB/s), ktorého význam bude čoraz viac narastať s rozširovaním smart hodiniek a podobných zariadení.

Zariadenia s označením Bluetooth Smart Ready podporujú všetky tri verzie, a tak budú tvoriť hlavný článok (napr. notebook alebo smartfón). Klasické bluetoothové zariadenia (napr. náhlavné súpravy) sa dokážu spojiť len s klasickými a Smart Ready zariadeniami a čisto Smart Ready zariadenia (napr. hodinky či snímače) zas len so Smart a Smart Ready zariadeniami. Grafické znázornenie si môžete pozrieť na obrázku. Podľa súčasného trendu nasadzovania konzorcium Bluetooth SIG predpokladá, že v roku 2018 bude Bluetooth Smart podporovať už 90 % všetkých bluetoothových zaradení.

Vzájomné súvislosti zariadení Bluetooth, Bluetooth Smart Ready a Bluetooth Smart

Odhad rozšírenia Bluetooth Smart v najbližších rokoch: Veľké

Wi-Fi v špecifikáciách 802.11ac/ad/af

Bezdrôtová komunikácia v rámci počítačových sietí je neoddeliteľná súčasť mobilnej éry. Bezkonkurenčne najznámejšia je technológia Wi-Fi, ktorá združuje niekoľko generácií štandardov označovaných ako IEEE 802.11. Každý obvykle prináša veľké zlepšenia, ktoré trh postupne adoptuje. Prenosový štandard 802.11 sa zrodil v 90. rokoch minulého storočia, keď sa zároveň objavili aj jeho nové varianty 802.11a a 802.11b. Väčšine ľudí bude dobre známy najmä variant 802.11g, ktorý sa vo väčšej miere začal objavovať na zariadeniach od roku 2003 a dominoval až do konca prvej dekády.

Mnoho ľudí ho používa na svojich starších domácich sieťach dodnes. Ide o mikrovlnné spojenie pracujúce na bezlicenčnom frekvenčnom pásme 2,4 GHz (2,412 až 2,484 GHz), kde má dostupných 14 nezávislých kanálov po 5 MHz krokoch (okrem posledného, ktorý je odstúpený o 12 MHz). Každá sieť Wi-Fi však obsadí 20 MHz okolo vybratého kanála, čo s obrovským nárastom používania bezdrôtových sietí (ku ktorým sa pridal Bluetooth a iné pripojenia, využívajúce rovnaké pásmo), spôsobuje nezriedkavo značné rušenie v husto osídlených oblastiach.

Maximálna teoretická rýchlosť prenosu je 45 Mbit/s, v realite je však o viac ako 40 % nižšia a dosiahne približne do 25 Mbit/s, teda 3,1 MB/s. Výrazné zlepšenie priniesol v roku 2009 štandard 802.11n, ktorý v súčasnosti dominuje trhu. Okrem bežného 2,4 GHz pásma umožňuje aj použitie ďalšieho bezlicenčného pásma na frekvencii 5 GHz, kde je vďaka značne väčšiemu rozsahu (5,180 až 5,700 GHz) a odstupňovaniu devätnástich kanálov (po 20 MHz) rušenie podstatne menšie. Hlavný dôvod zvýšenia rýchlosti je používanie viacnásobných antén, a teda viaccestného šírenia signálu (MIMO).

Rýchlosť spojenia závisí od počtu antén na oboch stranách, modulácie a šírky pásma (20 alebo 40 MHz). Pri použití jednej antény a 20 MHz pásma (podobne ako IEEE 802.11g) možno teoreticky dosiahnuť rýchlosti 72 Mbit/s (reálne medzi 40 až 50 Mbit/s, teda 5 až 6 MB/s). Pri štyroch anténach a 20 MHz sa dá rýchlosť zvýšiť na 288 Mbit/s. V prípade, že nie sú v okolí žiadne iné siete, možno rozšíriť pásmo na 40 MHz (v rámci 5 GHz) a dosiahnuť maximum na 540 Mbit/s.

Wi-Fi s frekvenciami 2,4 GHz bude v budúcnosti čoraz menej časté, doplnia ho frekvencie 5 GHz, 60 GHz a menej ako 1 GHz

Čoraz viac adoptovaná novinka je štandard .11acHoci prvé routery a notebooky s jeho podporou sa začali objavovať v rokoch 2012 a 2013, finálne schválenie štandardu sa udialo až v januári tohto roka. Dnes ešte routery ac tvoria oproti routerom n značnú menšinu, ale nárast ich počtu bude pokračovať s rozširovaním podporovaných zariadení (podporu nájdeme napríklad aj na novom smartfóne Samsung Galaxy S5). V budúcom roku už môžeme rátať s tým, že siete 802.11ac budú úplne bežné.

Prvky 802.11ac pracujú len v rámci 5 GHz frekvencií, takže sa vyhnú veľmi zahltenej oblasti okolo 2,4 GHz. Siete pritom používajú nielen väčšiu šírku pásma (80 alebo 160 MHz), ale aj pokročilejšiu moduláciu (256 QAM) a viaccestné šírenie signálu pre viac používateľov súčasne (MU-MIMO). Kým v rámci siete 802.11n mohli byť použité štyri nezávislé streamy, medzi ktorými sa prepínalo, sieť 802.11ac môže vďaka MU-MIMO deliť dáta do ôsmich streamov a obsluhovať zariadenia simultánne.

V závislosti od podmienok by tak rýchlosti mohli dosahovať teoreticky 433 Mbit/s až 3,46 Gbit/s (v realite o pár desiatok percent menej). V najbližšom čase sa môžeme tešiť zároveň na rozširovanie štandardu 802.11ad (pôvodne vyvinutý združením WiGig). Ten používa v rámci Wi-Fi doteraz „neorané" 60 GHz pásmo, na ktorom môže dosahovať rýchlosti až 7 Gbit/s. Problém je v tom, že signál na tejto frekvencii už v bežnej prevádzke neprejde stenou, takže tieto siete budú určené len do veľkých nedelených priestorov (čakáreň, reštaurácia, kancelársky open space). Routery budú pri ňom používať tzv. beamforming, pri ktorom sa počíta fyzická lokalita cieľového zariadenia, a pokiaľ je za prekážkou, signál sa doručí odrazom od viac stien či stropu.

V prípade úplnej nedostupnosti možno prejsť na nižšiu frekvenciu (napr. 5 GHz) a dáta doručiť cez stenu nižšou rýchlosťou. Čo nás čaká o pár rokov? Vo februári bol schválený štandard 802.11af, ktorý smeruje do frekvenčného pásma medzi 54 a 790 MHz. Pracuje teda na veľmi krátkych a ultrakrátkych vlnách, ktoré sú používané televíznym signálom. Siete budú operovať na nepoužívaných programových rozsahoch, pričom budú využívať dynamickú konfiguráciu (Cognitive radio), aby sa čo najviac zabránilo prípadnej interferencii s analógovými a digitálnymi TV stanicami.

Odhad rozšírenia 802.11ac/ad/af v najbližších rokoch: Veľmi veľké

Media Agnostic USB

V marci tohto roka rozvírila vody nová špecifikácia od združenia USB-IF, ktoré stojí za zbernicou USB. Ide o nový štandard Media Agnostic USB (MA-USB 1.0), ktorý má slúžiť na sprostredkovanie bezdrôtovej komunikácie cez zbernicu USB. Podporuje pritom tri druhy bezdrôtových sietí - Wi-Fi na frekvenciách 2,4 GHz a 5 GHz, WiGig na frekvencii 60 GHz (gigabitové spojenie 802.11ad) a WiMedia UWB, čo je ultraširokopásmové spojenie medzi 3,1 a 10,6 GHz. Nejde však o prvý pokus priniesť USB do „bezdrôtového sveta".

Tým prvým bola neúspešná snaha o pretlačenie Wireless-USB, ktorého úvodná špecifikácia (1.0) sa dostala na svet v roku 2007 a druhá (1.1) v roku 2010. Wireless-USB však používalo iba ultraširokopásmové spojenie (WiMedia UWB), čo bola zrejme jeho najväčšia slabina. Nové MA-USB bude, naopak, ťažiť hlavne z veľmi populárnej bezdrôtovej technológie Wi-Fi na frekvenciách 2,4 GHz a 5 GHz a v rámci jednej miestnosti aj z 60 GHz štandardu WiGig (802.11ad). Z hľadiska základnej technológie nie je Media Agnostic USB nič zvláštne. Jeho špecifikácia je odvodená z WiGig Serial Extension (WSE v1.2) od Wi-Fi Alliance, takže spojenie by teoreticky malo dosahovať prenosovú rýchlosť 1 gigabit/s (125 MB/s).

Zaujímavé je, že prakticky každé súčasné zariadenie, ktoré je schopné komunikovať cez Wi-Fi a USB, by sa malo dať v budúcnosti pripojiť k zariadeniu s Media Agnostic USB. Ak sa teda v súčasnosti pripájate k bezdrôtovému routeru Wi-Fi so svojím sieťovým diskom, tlačiarňou či tabletom, v budúcnosti by ste sa rovnako mohli pripojiť (bez prítomnosti routera) k počítaču s prijímačom MA-USB, ktorý signál Wi-Fi spracuje do režimu Hi-Speed (USB 2.0) alebo SuperSpeed (USB 3.1 a USB 3.0). Na úrovni operačného systému by malo stačiť nainštalovať len nový ovládač. Neúspech predchodcu bezdrôtového USB síce nabáda k triezvosti, ale vzhľadom na rozsiahle možnosti by rozširovaniu MA-USB nič nemalo stáť v ceste. Uvidíme teda, ako to nakoniec dopadne. Prvých zariadení by sme sa mohli dočkať už v budúcom roku.

Odhad rozšírenia MA-USB v najbližších rokoch: Stredné až veľké