История создания wi fi
Привет любителям беспроводных технологий! В прошлый раз мы провели для вас экскурсию по городу будущего, а сегодня хотим поговорить о том, благодаря чему существование такого города стало возможным.
Нас ждёт экскурс в историю Wi-Fi: мы проследим весь путь технологии 802.11 от момента её появления до выхода новейшего, шестого поколения. И посмотрим, как Wi-Fi проникал во все сферы нашей жизни и с чего вообще всё началось.
Когда начинают рассказывать о какой-нибудь технологии, в первую очередь приводят расшифровку её названия. С Wi-Fi это сделать не так-то просто. Дело в том, что аббревиатура Wi-Fi — это игра слов. Изначально её расшифровывали как Wireless Fidelity, т. е. беспроводная точность. Это был намёк на созвучие с Hi-Fi (High Fidelity — высокая точность). То есть название одной из известнейших ныне технологий — обычная шутка.
Создали технологию в 1998 году в радиоастрономической лаборатории в Канберре. И изобретателем технологии принято считать Джона О’Салливана. Однако во многих источниках вы можете встретить информацию, что Wi-Fi был придуман некой голливудской актрисой. Как так?
Чтобы понять смысл этой истории, нам надо немного углубиться в протокол 802.11, пока ещё без букв. В нём используются две технологии: псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) и расширение спектра прямой последовательности.
Мы не будем углубляться в историю, просто уточним, что один из методов первого протокола 802.11 ППРЧ был изобретён Ламарр. А О'Салливан уже собрал всё воедино.
Что интересно, ППРЧ позже перекочевала в Bluetooth, а вот в новых стандартах Wi-Fi уже не использовалась.
- Можно было передавать данные со скоростями 1 или 2 мегабита в секунду.
- Передача осуществлялась через инфракрасные сигналы или частоту диапазона 2,4 ГГц.
Инфракрасная составляющая Wi-Fi как-то не прижилась, равно как и сама идея передачи информации по ИК, а вот радиоверсия накрыла весь мир.
Стандарт 802.11b у всех на слуху как устаревшее, но ещё поддерживаемое поколение Wi‑Fi. Но почему b? Где же a?
Стандарт 802.11a также существовал. Он вышел в 1999 году. Это была надстройка над 802.11, сильно опередившая своё время. Дело в том, что в 802.11a впервые включили в работу полосу 5 ГГц. Инженеры уже тогда предсказывали, что 2,4 ГГц забьют почти моментально и это вызовет проблемы с работой множества устройств в ограниченном пространстве.
Однако об это своё новаторство стандарт 802.11a и споткнулся. Существующие технологии не позволяли обеспечить нормальную связь на 5 ГГц, всё работало крайне нестабильно. А производство адаптеров для частоты 5 ГГц выходило дороже, чем для 2,4 ГГц. Стандарт пытались довести до ума, но параллельно с ним вышел 802.11b, который и забрал себе основную часть потребителей. 802.11a ещё какое-то время пожил в корпоративных сетях, а потом ушёл в прошлое окончательно.
А вот 802.11b стал настоящим хитом. Он работал в поддиапазоне 2,4 ГГц. Именно там появляется знакомая нам таблица из 13 частотных каналов с шириной в 5 МГц.
Псевдослучайную перестройку рабочей частоты заменили методом DSSS. Увы, детище Хеди Ламарр было не про скорость, поэтому ушло в прошлое практически сразу.
Однако скорость 802.11b была крайне скромной. Абсолютный максимум, практически недостижимый на практике, составлял всего лишь 11 Мбит/с. В случае ухудшения радиоусловий скорость соединения падала до 5,5, 2 или 1 Мбит/с. Но в начале нулевых у пользователей и запросы были скромнее. Такой полосы вполне хватало для комфортного сёрфинга, обмена файлами и просмотра почты. А вот возможность перемещаться с ноутбуком по дому или офису без проводов оценили моментально.
Опасения разработчиков 802.11a сразу не подтвердились. До 2007 года просто не было такого числа мобильных устройств, которые могли бы забить всю полосу 2,4 ГГц. Лишь с появлением iPhone и лавинообразным ростом смартфонов мы ощутили все прелести толкучки в эфире.
С этим же стандартом связаны первые попытки поставить беспроводной модуль куда-то помимо смартфонов и ноутбуков. Но чайники с Wi-Fi — это пока ещё диковинка для гиков, равно как и смарт-часы или детские игрушки.
Однако в сознании пользователей появляется сдвиг: жить без проводов куда удобнее и практичнее. Этот сдвиг порождает запрос рынку.
Рынок отвечает в 2003 году выходом стандарта 802.11g. Принципиальной новинки не получилось — скорее это было логичное развитие уже заложенных технологий. Максимальная скорость при этом возросла до 54 Мбит/с.
Повторим, ожидания пользователей тогда были куда скромнее. Увеличение средней скорости в 5 раз вполне устроило всех, и Wi-Fi продолжил своё победное шествие. Но пока это лишь дало возможность избавиться от проводов дома и в офисе. Все остальные кейсы были единичными и скорее нестандартными примерами использования технологии.
Это сегодня десять беспроводных гаджетов в каждой квартире — обычное дело. В первой половине нулевых далеко не в каждом помещении был хотя бы один. Самые частые пользователи беспроводки — ноутбуки. Следом за ними шли КПК — карманные персональные компьютеры, прародители современных смартфонов. Но КПК стоили дорого и считались устройствами крайне специфичными, для определённых людей и под определённые задачи.
В 2007 году расстановка сил на рынке резко изменилась. Выходит iPhone, который заставляет пользователей полностью пересмотреть своё отношение к телефону и взаимодействию с ним.
Отныне телефон — не просто звонилка с будильником и змейкой. Со временем он становится полноценной заменой компьютера. Появляются огромные смартфоны — планшеты. Резко растёт рынок умных гаджетов — плееров, часов, фотоаппаратов, которые тоже умеют пользоваться беспроводными технологиями.
И если у телефона ещё есть пусть и дорогой, но канал в сеть — мобильная связь, то гаджетам тут ловить вообще нечего.
Всем ясно: нужна технология, способная переварить относительно большое число устройств, дать им хорошую скорость и при этом не иметь помегабайтной тарификации.
Стандарт 802.11g идеально подходил на эту роль, пока объём трафика не начал расти в геометрической прогрессии.
Это не очередная надстройка над предыдущими поколениями. Тут уже появляются собственные наработки, которые серьёзно увеличивают скорость и стабильность в тех же радиоусловиях. Что же появилось?
- Теперь полосу частот можно склеивать вплоть до 40 МГц. В хорошем эфире это даёт значительный выигрыш в скорости.
- И наоборот, полосу можно сузить и получить выигрыш в стабильности.
- Появляется прообраз MU-MIMO, разделение пространственных потоков. Теперь мы можем вести передачу на двух каналах (или даже четырёх), разнесённых не по частоте, а физически.
- 802.11n умеет работать как в 2,4 ГГц, так и в 5 ГГц. Кому-то может показаться, что «пятёрка» не слишком прижилась в четвёртом поколении стандарта, но это не так. Жители частного сектора наверняка сталкивались с радиомостами от вышки до их крыши. Огромная часть таких радиомостов работала именно в 5 ГГц.
В совокупности всё это дало максимальную скорость соединения в 600 Мбит/с. Уже реально разогнаться быстрее Fast Ethernet! Радиомодуль круче кабеля!
Чипы четвёртого поколения стали появляться буквально везде. Один только умный дом от Xiaomi сколько шума наделал. Широчайшая линейка датчиков присутствия, затопления, системы управления светом, камеры. Производители бытовой техники активно встраивают чипы в стиральные машинки и холодильники. Дачников радуют системами контроля влажности почвы и автоматического полива. Nikon и Canon дают возможность управлять своими зеркалками без пульта и проводов. Радиомосты умудряются запихнуть на Крайний Север, где они помогают держать связь на отдалённых объектах. Торговые комплексы стремились оснастить свою территорию покрытием 802.11n, чтобы привлечь посетителей. Офисные комплексы стремительно избавлялись от проводов, позволяя сотрудникам использовать ноутбуки и даря свободу перемещения внутри помещений.
Новинку подхватили даже медики и промышленность. Первые активно внедряли консультации через видеосвязь. И неважно, о чём шла речь: об обычном приёме или о сложной операции. Промышленники же начали разворачивать сети датчиков для мониторинга станков и рабочих помещений. На заводах опыт был не всегда удачный, т. к. промышленность часто связана с серьёзными помехами в радиоэфире. И всё же куда могли — ставили. Очень уж удобно было. Даже камеры наблюдения — и те стали беспроводными. Подводить к ним простое питание удобнее, чем питание с линком. Появились вопросы, которые раньше почти не задавались. К примеру, возник огромный спрос на корпоративные решения. Скажем, большому выставочному комплексу требовалось бесшовное покрытие с единой авторизацией. Такая задача решалась уже через единый контроллер управления всеми точками.
А ещё стандарты b, g и n обладали огромным преимуществом обратной совместимости друг с другом. Да, появление старого устройства b в современной радиосети n сильно тормозило её пропускную способность. И всё же это было удобно. Древние ноуты спокойно цеплялись к современным точкам доступа. И это также был крайне важный фактор.
Прогнозы разработчиков 802.11а сбылись в четвёртом поколении Wi-Fi. Хотя n и работал в двух диапазонах, бóльшая часть пользователей знает его всё же по 2,4 ГГц. И вот эти частоты очень быстро закончились. Уже к 2015 году в среднем российском панельном доме можно было поймать 40–50 сетей. Пользователи толкались и роняли скорость друг друга. А старые устройства b и g подливали масла в огонь, ещё больше снижая ёмкость и так заполненного радиоэфира.
Стало ясно, что бесконечно расширять ёмкость 13 каналов в 2,4 ГГц не получится. Да, определённый задел по технологиям ещё оставался, но всё же разработчики решили вернуться к старой идее 5 ГГц и перевести часть пользователей туда. Благо развитие технологий передачи и производства уже позволяло это сделать.
Так родился стандарт 802.11ac. Он вышел в 2013 году. Из новинок в нём можно отметить более ёмкую модуляцию 256-QAM и развитие технологии MU-MIMO. И всё же главный финт ушами нового поколения — повторный уход в 5 ГГц и использование этого диапазона уже по полной.
Фокус удался. В эфире стало значительно свободнее. Ведь в 5 ГГц гораздо больше каналов, чем в 2,4 ГГц. Точная цифра каналов «пятёрки» зависит от страны и местной регуляторики, но это определённо больше 13.
Самый заштатный ТРК, расположенный в глубинке, считал своим долгом развернуть собственную Wi-Fi-сеть.
Гости на ресепшене гостиницы интересовались не наличием Wi-Fi в их номере, а лишь способом подключения к нему. Сам Wi-Fi в номере считался чем-то заложенным по умолчанию.
Стремительно начали развиваться технологии умного дома, огромная часть оборудования для которого производилась с Wi-Fi-модулями. Теперь это была уже не игрушка для гиков, миллионы людей буквально впитали все прелести удалённого контроля дома или квартиры, где даже розетку можно отключить из приложения с другого конца земного шара.
Конечно, для IoT 802.11ac ещё был слабоват. Интернету вещей не требовались космические скорости, а вот возможность работы тысяч датчиков на ограниченном пространстве ему была необходима. Кроме того, 802.11ac был весьма энергозатратным, устройствам с батарейным питанием он был противопоказан. Но даже тут находились решения, связанные с переводом передатчика в сон.
В 2018 году Wi-Fi Alliance понимает, что технология Wi-Fi ориентирована во многом на обычных людей. Эти люди начинают путаться в сложных обозначениях. Поэтому было принято решение упростить названия.
- 802.11n → Wi-Fi 4,
- 802.11ac → Wi-Fi 5,
- 802.11ax → Wi-Fi 6.
Ранее значок Wi-Fi на устройстве никак не сообщал о поколении. По задумке Wi-Fi Alliance, новые иконки сообщают пользователю, каким поколением он пользуется
Предполагалось, что простое обозначение поколения цифрой поможет пользователям лучше ориентироваться в происходящем. Новинка прижилась, хотя и старые обозначения b/g/n/ac/ax до сих пор используются в обиходе.
Нельзя сказать, что 5 ГГц так же быстро заполнился устройствами, как 2,4 ГГц. Но разработчики не стали ждать очередного обострения, и в 2019 году выходит новейший стандарт Wi-Fi 802.11ax, он же Wi-Fi 6.
У разработчиков накопился огромный опыт. Они прекрасно понимали все слабые места предыдущих поколений. И знали, что нужно исправлять в первую очередь.
На их стороне был рынок. Wi-Fi настолько прочно вошёл в жизнь людей, что была стопроцентная гарантия — технология взлетит.
И пожалуй, важнейшая причина. Технологии не стояли на месте. Обычная точка доступа сейчас может позволить себе впечатляющие вычислительные мощности вкупе с новейшими антеннами. Всё это позволило разработчикам сделать действительно потрясающую вещь. Кратко пройдёмся по новинкам.
Внедрена технология OFDMA. Раньше все пользователи занимали в эфире определённый временной слот и ждали своей очереди, если слот принадлежал не им. Это можно сравнить с проездом фур через узкие ворота. У каждой фуры своё время проезда, независимо от того, пустая она или полная. На этом терялась куча ёмкости. Ведь один пользователь мог качать торрент, а второй сёрфить в сети. Но каждому полагался свой временной слот, и часть из них использовалась неоптимально. OFDMA устранила эту проблему.
В качестве примера можно привести выставочный комплекс «Казань Экспо». Владельцы стендов представляют там множество новинок, которые завязаны на беспроводную сеть комплекса. Кто-то гонит VR, а кто-то лишь синхронизирует базу данных. Для поддержки такого объёма трафика на территории экспоцентра установили 337 высокоскоростных точек доступа с поддержкой Wi-Fi 6. Эта сеть позволяет держать до 4000 одновременных подключений с хорошей адаптивной скоростью. Такие числа — вынужденная мера, ведь площадь «Казань Экспо» примерно 143 тысячи м². Популярная конференция может пропустить через себя порядка 300 тысяч участников. К примеру, прошедшая в 2019 году конференция WorldSkills собрала 270 тысяч специалистов. И это не просто случайные гости, это люди, которым близки высокие технологии, это люди с мощными гаджетами и серьёзными запросами на полосу пропускания. Они создают дополнительную нагрузку плюсом к экспонентам. И если бы не Wi-Fi 6, трудно представить, как было бы возможно удовлетворить запросы такой публики
Полностью раскрыт потенциал технологии MU-MIMO. То есть теперь мы можем передавать информацию по разнесённым в пространстве потокам. И число этих потоков увеличилось до 8. Это позволяет разгонять беспроводную сеть до 9 Гбит/с. Преимущество оценили, в частности, в Национальной комиссии по водным ресурсам Мексики. В их кампусе была развёрнута сеть Wi-Fi 6 на основе точек доступа Huawei AirEngine 8760-X1-Pro. Она имеет 16 встроенных двухдиапазонных интеллектуальных антенн и поддерживает до 16 пространственных потоков. Такая точка может пропускать через себя максимальный трафик огромного числа пользователей. До прихода Wi-Fi 6 в кампусе работало четвёртое поколение, и специалисты отмечают, что на новом оборудовании сеть не только увеличила свою пропускную способность, но и стала значительно проще архитектурно. Ведь спланировать сеть четвёртого поколения для высоких нагрузок — та ещё задача.
Target Wake Time (TWT) позволяет не поддерживать постоянное соединение с точкой доступа, а передавать данные лишь тогда, когда в этом есть необходимость. Таким образом, бóльшую часть времени передатчик находится в режиме сна и не расходует драгоценный заряд батареи.
Технологии беспроводной передачи данных, которую мы знаем как WiFi, уже более 30 лет. В этой статье вспомним, почему WiFi называется именно так, как появился, какие были основные этапы развития и что ждет технологию в будущем.
Все это и немного больше — под катом.
Происхождение аббревиатуры «Wi-Fi»
«Wi-Fi» – название, придуманное изобретателями корпорации Alliance. Образовано от рекламной позиции «The Standard for Wireless Fidelity». В процессе разработки технологий первоначальный слоган уменьшился до «Wireless Fidelity». Позже название приобрело еще более краткую форму и закрепилось в сознании пользователей как «Wi-Fi».
Неизвестные факты про Wi-Fi в следующем видео:
Ура, новые технологии
В 2009 команда разработчиков из WiFi Alliance приняла новый стандарт — 802.11n. Это уже было новое поколение WiFi, без клонирования механизма передачи данных из одного диапазона в другой. При этом скорость передачи данных увеличилась во много раз — вплоть до 600 Мбит/с.
Такого резкого роста пропускной способности удалось добиться за счет использования многопотоковой передачи данных MIMO вместо SISO. Многопотоковая передача позволила использовать несколько потоков передачи данных, направляемых разными же антеннами. В самом начале стандарт давал возможность работать с 4 потоками, каждый из которых предоставлял пропускную способность в 150 Мбит/с.
При этом технология была «умной» — сигналы обрабатывались, а затем объединялись в единое целое, что давало возможность добиться пропускной способности в 600 Мбит/с, во всяком случае, в теории. В целом, MIMO и положила начало развитию современного WiFi — скоростного, надежного и дальнобойного.
Самая неожиданная версия
Изобретение Хэди Ламарр исключало риск перехвата информации за счет возможности изменения частоты. Количество частот данной системы соответствовало набору клавиш фортепиано (88 радиочастот). До начала 60-х годов патент на секретное изобретение не предавался огласке. И только в 1962 году возможности устройства Хэди Ламарр нашли применение в условиях подводных лодок США.
Благодаря исследованиям заинтересованных пользователей, история создания «Wi-Fi» обрела популярность. А в 1997 году Хеди Ламарр удостоилась Медали Чести Конгресса и награды IEEE.
Альтернативная версия
Согласно второй версии, имя инженера, который придумал изобретение Wi-Fi, – Вик Хейз. Голландский инженер являлся сотрудником корпораций NCR и Agere, но известность получил благодаря своим дипломатическим заслугам. Возглавлял рабочую группу IEEE 802.11 по разработке беспроводных сетей. Внес большой вклад в усовершенствование стандартов Wi-Fi.
Другие исследователи считают, что истоки создания единого стандарта Wi-Fi зародились в 1985 году. В этот период Федеральное агентство по связям США разрешило неофициально использовать определенные частоты. После обнародования данного решения, другие страны тоже заинтересовались в разработке и выпуске сетевых устройств для работы на радиочастотах.
В связи с недоступностью использования единого стандарта Wi-Fi, возникали проблемы по причине совместимости устройств. Такое обстоятельство создавало трудности при использовании сетевого оборудования и тормозило процесс развития технологий.
И только в 1997 году (через 6 лет после первых попыток внедрения технологий Wi-Fi), удалось разработать единый стандарт 802.11, который исправил ситуацию на предмет несовместимости сетевых устройств.
В 1999 году группа инженеров Института электроники зарегистрировала технологию Вай-Фай в рамках организации Wi-Fi Alliance. На протяжении последующего времени группа ученых активно занималась разработкой стандартов беспроводной связи.
Спустя десять лет
Да, в течение десяти лет технология развивалась, но не очень быстро — пропускной способности канала вполне было достаточно для потребностей пользователей того времени. Но затем стало понятно, что дальше так продолжаться не может — нужен новый стандарт, который позволил бы передавать больше данных за единицу времени.
Основная причина в том, что качество фото и видео возросли, причем очень значительно, по сравнению с концом 20-го века. Стоит только посмотреть фотографии начала 2000-х, сравнив их с цифровым контентом более раннего времени, и все станет понятно.
В целом, технологии не стояли на месте, в 2003-м, например, появилась спецификация 802.11g. Но это не было чем-то принципиально новым — разработчики воспользовались технологией диапазона 5 ГГц, адаптировав ее для диапазона 2,4 ГГц. К слову, количество членов WiFi Alliance стало тоже расти, как на дрожжах. В 2003 году их стало более 100. Соответственно, все больше компаний разрабатывали оборудование, совместимое с беспроводным стандартом WiFI.
Развитие Wi-Fi или появление новых стандартов
Если хотите знать больше и понять, как работает беспроводная технология, смотрите следующее видео:
Модернизация на этом не остановилась, что выражается в дальнейшем внедрении технологии:
- В 1999 году создаётся не только Вай-Фай, но и два протокола 802.11b и 802.11a.
- 2000 год – появление в магазинах стандарта 802.11b.
- В 2002 году – членство Wi-Fi Alliance увеличено до 100 компаний-представителей.
- 2003 год – выходит стандарт 802.11g, где были совмещены достоинства двух предыдущих версий.
- 2004 – выход наиболее совершенного протокола безопасности WPA2.
- В 2005 году беспроводная технология уже поддерживается на некоторых игровых приставках и цифровых камерах.
- В 2007 году начинается тестирование стандарта 802.11n;
- 2009 – выход в продажу устройств с версией 802.11n с передачей данных в двух диапазонах (2,4 и 5 ГГц).
- 2010 – начинается широкое использование в устройствах функции Wi-Fi Direct.
- В 2014 году выходит оборудование, поддерживающее стандарт 802.11ac.
- 2016 год – появляются версии 802.11ah, 802.11ai.
- В 2018 году выходят протоколы 802.11aj, 802.11aq, 802.11ay.
- 2019 год – создание версии 802.11ax.
И снова развиваемся
Технология беспроводной связи продолжила эволюционировать. Так, в 2015 году появилась новая ревизия — WiF 802.11 AC, где количество потоков MIMO было доведено до 8. Благодаря этому, а также другим техническим ухищрениям удалось добиться пропускной способности одного канала до 866 Мбит/сек. Правда, были некоторые сложности с достижением теоретического максимума, поскольку в узкой полосе частот 2,4 ГГц достаточно сложно добиться идеального приема из-за загруженности «эфира».
Те пропускной способности в 7 Гбит/с добиться удавалось исключительно редко. Но все же скорость огромная по сравнению с предыдущими поколениями. MIMO усовершенствовали, так что появилась технология MU-MIMO — мультиплексирование каналов. Точки доступа стали умными, их научили разбивать один канал на несколько подканалов, каждый из которых обменивается данными с абонентами. Это дало возможность оптимизировать работу точек доступа даже в очень высоконагруженных сетях.
Добиться этого удалось еще и за счет фазового сдвига сигнала таким образом, что интерференция становилась «конструктивной», так что радиоволны усиливались за счет взаимодействия.
Альтернативная история
Наиболее интересной версией при выяснении периода, когда появился Вай-Фай, считается история, уходящая корнями аж к 1940 году. Тогда свои права на изобретение запатентовала известная актриса Хеди Ламарр, но она так им никогда и не пользовалась. Это был патент на систему, при помощи которой можно было управлять торпедами.
Лишь в 1969 году в Гавайском университете была разработана беспроводная сеть, схожая с нынешней WLAN. Данная технология позволяла осуществлять беспроводное соединение между островами, где располагались разные здания университета.
В 1988 году компанию Lucent заинтересовала эта идея, и она выпускает WaveLan. Они были монополистами, потому что не делились какой-либо информацией о технологии. Wi-Fi – это было дорогое удовольствие, поэтому его использование не было общедоступным и повседневным.
В 1999 году компанией Apple был выпущен iBook. Он поддерживал технологию «Airport-Technologie», функционирующую вместе с базовой станцией. Стоимость на оборудование была уже более доступной.
О том, кто был создателем Вай-Фай, мы писали тут.
Wireless Fidelity в России
Когда же появился Вай-Фай в России? Первым документом с упоминанием радиочастот было Постановление Правительства от 2004 года за номером 539. В 2007 вышло еще одно решение, где речь шла о выделении радиочастот для устройств малого радиуса действия. Постановление 2011 года за номером 837 позволяет использовать пользовательское оборудование без регистрации в Роскомнадзоре.
Вне зависимости от цели использования по всему миру, а также в России, увеличиваются возможности для выхода в сеть через Wi-Fi на бесплатной основе. Однако, несмотря на очевидную привлекательность безвозмездного доступа к интернету с помощью беспроводного соединения, настораживает то, что существует большая опасность при подключении к открытым точкам доступа.
Общедоступность бесплатных сетей позволяет хакерам похищать личные данные пользователей, в том числе их собственное видео, фото.
Новые достижения
Недавно был принят новый стандарт — 802.11 AX, который называют еще Wi-Fi 6. Здесь появилось сразу несколько нововведений, включая добавление новой технологии OFDMA. Она позволила увеличить производительность одного канала с шириной спектра 40 МГц до 290 Мбит/с. Схему MU-MIMO усовершенствовали, теперь появился двухсторонний полноценный режим обмена данными.
В частности, разработчики ввели квадратурную амплитудную модуляцию (QAM) 1024, которая позволила повысить плотность модуляции и увеличить скорость передачи данных примерно на треть.
802.11ax позволяет работать в средах с высокой плотностью клиентов, передавая по воздуху тяжелый медиаконтент — например, видео с разрешением 4-8К. Количество точек доступа, находящихся поблизости друг от друга, практически не влияет на качество приема и передачи данных. Достоинство нового поколения связи еще и в том, что оно довольно энергоэффективное, так что батарей мобильных устройств хватает на более продолжительное время работы.
Опасность для здоровья
Все подробности о вреде Вай -Фай для человека найдете тут.
Не буду разводить демагогию. Считается, что радиоволны, исходящие от беспроводного модуля, не несут никакого вреда человеку. Однако, ряд экспериментов в 2011 году подтверждает, что излучение негативно влияет на репродуктивную мужскую систему. Других официально подтвержденных данных о вреде Wi-Fi нет.
История происхождения беспроводных сетей «Wi-Fi» основана на предположениях нескольких источников. Сложно однозначно ответить на вопрос, касающийся имени инженера, который изобрел Wi-Fi. Факт непрерывного усовершенствования технологических разработок дает повод полагать, что одни и те же идеи из области беспроводных технологий -могли посещать сознание ученых разных стран и в различные периоды своей деятельности.
У Zyxel тоже есть WiFi 6
Zyxel, как любой уважающий себя и своих клиентов производитель, представил широкий ассортимент точек доступа стандарта WiFi 6 и PoE коммутаторов к ним. Есть и бюджетные модели и навороченные точки с “квантовым подавителем гравитационного возмущения”. :-)
А если понравилось, заходите к нам и оставайтесь:
— Новостной канал в Telegram
— Телеграм-чат поддержки для специалистов
— Форум для специалистов
— Наш YouTube
Недавно побывал на конференции на тему “Построение беспроводных сетей”. Не смотря на то, что довольно длительный период работаю администратором, мне не каждый день приходится разворачивать беспроводные сети. Спешу с вами поделиться некоторыми нюансами. Всех заинтересованных приглашаю под кат.
Wi-Fi не имеет четкой границы распространения
Это значит что никто не проведя необходимой оценки не сможет дать вам гарантии что связь будет работать даже в пределах одного кабинета или комнаты.
Бывали случаи что в офисе раз в сутки пропадала связь где-то на пол часа. Сотрудник тех-поддержки производителя точки доступа попался опытный, по этому узнав время когда чаще всего ложилась связь (а чаще всего это случалось с 12-00 и до 14-00), предположил что виною всему является микроволновка. В данном офисе микроволновки в помине не было, но она была в соседнем, как раз за стеной к которой была привинчена точка доступа.
Здесь так же следует вспомнить всевозможные Wi-Fi-джаммеры, которыми могут воспользоваться ваши конкуренты, заплатив соседям за то, чтоб они включали её время от времени.
Ввиду этого не рекомендуется использовать беспроводные сети как замену корпоративной ЛВС на витой паре или оптике. Либо делать это в крайнем случае, если проложить кабель не представляется возможным. Например если необходимо связать два недалеко расположенных офиса за городом.
Беспроводную сеть лучше всего рассматривать как замечательное дополнение к “традиционным” сетям. Например для организации гостевого доступа для своих клиентов.
Необходимо так же учесть, что сети Wi-Fi могут не одинаково хорошо работать с разными протоколами транспортного уровня. Так, например, протоколы TCP и UDP могут работать замечательно, а вот IPX из рук вон плохо.
Для того, чтобы понять как именно следует строить сеть, а так же попытаться определить возможную причину неисправности нужно слегка разобраться в существующих стандартах и их уязвимых местах.
На данный момент думаю, есть смысл рассматривать стандарты 802.11g и 802.11n.
802.11g
Стандарт работает на частотах 2,4-2,4835 ГГц и позволяет передавать данные с канальной скоростью 54-1 Мбит/сек, совместим со стандартом 802.11b. Для удобства передачи данных частота поделена на так называемые каналы.
Из изображения понятно что каналов всего 14, но в зависимости от страны, в которой мы находимся, разрешенными для использования могут быть только некоторые из них. Так например в Украине и России разрешено использовать с 1 по 13 канал, в Японии все 14. Но меньше всего повезло Франции и Испании, им разрешено использовать только 4 канала (2.457 — 2.472 ГГц). Так что если ваша точка доступа имеет каналов меньше 13, то возможно что она была ввезена серым путем, или на нее была залита прошивка не для вашего региона.
Еще одним подводным камнем при настройке беспроводной сети является перекрытие смежных каналов друг другом, что так же видно из рисунка, приведенного выше.
Ведь логично предположить что при настройке двух смежных точек доступа, достаточно просто их настроить на разные каналы. Например 1 и 2, или 1 и 3. Ан нет, так как эти каналы пересекаются друг с другом, то наши точки доступа, настроенные таким образом, будут создавать помехи друг для друга. То есть если нам доступно 13 каналов, то максимум рядом мы можем настроить 3 точки доступа стандарта b и g, которые будут нормально сосуществовать, например на 1, 6 и 11 канал. К сожалению в больших бизнес-центрах, где находятся десятки разных фирм и десятки точек доступа, и настроить идеально связь будет тяжело. Если же все точки доступа находящиеся в здании под вашим контролем и необходимо как-то сделать так чтобы они ужились все вместе, можно попробовать сбавить немного мощность вещания смежных точек.
Просмотреть ситуацию в эфире можно с помощью opensource-программы inSSIDer и ей подобных (NetStumbler, WiFi Hopper итп)
Это скриншот, полученный мной из inSSIDer, в Ubuntu 10.10. Вы видите что программа отображает найденные сети, каналы, на которых они вещают, их MAC-адреса, уровень сигнала каждой, производителя и метод шифрования, используемый AP. Так же программа чертит очень наглядные графики, по которым легко определить какие именно точки доступа мешают друг другу.
Теперь давайте взглянем на стандарт 802.11n. Устройства 802.11n могут работать в двух диапазонах, 2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц. Стандарт обратносовместим со стандартами 802.11g (а соответственно и 802.11b) и 802.11a (на частоте 5,0 ГГц). На частотах в 5,0 ГГц доступно 24 непересекающихся каналов. Теоретически канальная скорость передачи данных при использовании 802.11n может достигать 300 Мбит/сек (600 Мбит/сек при использовании 4-х антенн, но необходимо понимать за счет чего получилось увеличить скорость до таких показаний.
Объединение каналов (20/40 Coexistence Mechanism)
Стандарт 802.11n позволяет объединять смежные каналы для увеличения скорости передачи данных за момент времени.
Объединение каналов возможно использовать в обоих диапазонах, но так как в диапазоне 2,4 ГГц доступно только 3 непересекающихся канала, использовать данную возможность в этом диапазоне крайне не рекомендуется. Так же нужно отметить что согласно стандарта, если в диапазоне 2,4 ГГц на котором используется канал удвоенной ширины появляется устройство, работающее на канале стандартной ширины, то устройство 802.11n обязано перейти на работу с каналом стандартной ширины.
Позволяет передавать и принимать данные с использованием нескольких антенн одновременно. При использовании 4-х антенн теоретически возможно достигнуть канальной скорости в 600 Мбит/сек.
Short Guard Interval
Для разделения передаваемых сигналов используется небольшой интервал между передаваемыми данными. Чтобы уменьшить время приходящееся на служебную информацию было принято решение использовать укороченный GI. При зашумленности канала или слабом сигнале это так же является узким местом. Так как пакет приходит поврежденным и его приходится дублировать, возможно так же не увеличение скорости, а совершенно наоборот.
Стандартная ширина интервала:
Использование SGI:
Получается что для того, чтобы достигнуть канальной скорости в 300 Мбит/сек при двух антеннах, или 600 Мбит/сек при четырех, нужно обеспечить минимальную зашумленность канала при максимальном уровне сигнала, и только при использовании всех трех вышеизложенных технологий (объединение каналов, укороченный GI и MIMO). Короче говоря 300 и 600 Мбит/сек — это сферический конь в вакууме. Для наглядности приведу таблицу взятую из Википедии:
Большинство современных точек доступа, роутеров и других устройств помимо основного режима — точки доступа, могут выступать так же в роли моста, репитера, итп. Так вот, стандартом поддерживается только основной режим — режим точки доступа, по этому если вы планируете использовать свои устройства в других режимах, то крайне желательно подбирать сопряженные устройства одного производителя и одной модели. То же касается и фирменных технологий типа Super G итп.
Преграды
Предположим у нас есть точка доступа прикрученная к стене, а с другой стороны стены, на расстоянии метров пяти находится клиент с ноутбуком.
Преграда в виде стены толщиной в каких-то 10-20 сантиметров благодаря такому острому углу может вылиться в непроницаемые несколько метров железобетона. Сильно ухудшать сигнал могут так же зеркала из-за своего металлизированного покрытия. Массивные сейфы, расположенные между точкой и клиентом, так же могут свести на нет сигнал даже на небольшом расстоянии.
Это то, что касается сетей внутри помещения. Если же мы пытаемся прокинуть сигнал снаружи, здесь так же необходимо учитывать множество факторов: препятствия ну пути прохождения сигнала, погодные условия и даже время года. Например если сеть разворачивали зимой, а в конце весны деревья покрылись листвой, и слабый, но более-менее приемлемый сигнал совсем сошел на нет.
Антенны
Прежде всего, антенна — пассивный усилитель. Это значит, что она может расширять зону вещания одного направления только за счет другого. Каждая антенна имеет одну важную характеристику — диаграмму направленности.
Допустим вы развернули в своем офисе беспроводную сеть. Сигнал, на этаже, на котором установлена точка доступа, приемлемый. Но вот этажом выше, прямо над AP находится еще один клиент, у которого прием очень слабый. Вы решаете поставить более мощную антенну, на первом этаже сигнал становится вообще замечательным, а вот на втором этаже ситуация еще ухудшилась. Все потому, что мы не учли диаграмму направленности. У стандартной всенаправленной антенны, которыми обычно комплектуются беспроводные устройства диаграмма направленности может выглядеть примерно так:
У направленной антенны по-другому:
Многие точки доступа помимо внешней антенны, имеют еще внутреннюю. При этом по-дефолту в качестве источника, используется та, с которой в данный момент идет более уверенный сигнал. По этому если вдруг вы решите заменить стандартную антенну, направленной внешней, необходимо так же указать в настройках точки доступа, какую именно антенну необходимо использовать. Если этого не сделать, то мы рискуем ловить более мощный, но не интересующий нас сигнал на внутреннюю антенну. На SOHO-точках данная опция может быть не реализована в веб-интерфейсе, но не стоит отчаиваться, очень часто возможно переключиться на нужную антенну через ssh или telnet. В любом случае стоит выкачать User Manual и изучить.
Зона Френеля
Так же стоит упомянуть о зоне Френеля. Не особо вдаваясь в технические подробности, можно сказать что это особая зона, в виде вытянутого за концы овала между нашими устройствами, в которую ничего не должно попадать.
В данной статье я постарался раскрыть общие проблемы, не зависящие от производителя оборудования. Надеюсь по прочтению вы узнали для себя что-то новое. Если есть какие-то ошибки или неточности — пишите.
Наименование «Wi-Fi» (Вай-Фай) придумали изобретатели корпорации Alliance. Основанием для его образования послужила рекламная позиция «The Standard for Wireless Fidelity». По мере того, как технология совершенствовалась, произошло уменьшение первоначального слогана до «Wireless Fidelity». В последствии наименование ограничилось более краткой формой, известной пользователям как «Wi-Fi».
Этапы происхождения
Большинство исследователей уверены, что Wi-Fi к нам пришел из Австралии, а имя инженера, который изобрел Wi-Fi – Джон О’Салливан. Это ученый радиоастроном из австралийского города Канберра.
Согласно этой теории, идея создания технологий Вай-Фай зародилась в недрах радиоастрономии. В ходе проведения эксперимента по регистрации мини-взрыва черной дыры возникла необходимость во внедрении беспроводной сети. Вынужденные условия и явились причиной разработки первого протокола Wi-Fi.
Скорость передачи данных на тот момент составляла 100 Мбит/с. Событие, положившее начало внедрению беспроводных технологий, произошло в 1991 году.
В этот же период австралийским инженером-электриком Джоном О’Салливан была разработана первая версия протокола Wi-Fi. Она и явилась фундаментом усовершенствования и выпуска первого беспроводного оборудования.
Ответственность за выпуск первенца Вай-Фай взяла на себя американская компания At&t. Сетевой аппарат работал на частоте 2,4 ГГц и назывался WaveLan. Скорость беспроводного соединения не превышала 2 Мбит/с.
Так выглядел логотип WaveLan:
Далее этапы, связанные с внедрением технологии беспроводной передачи, развивались следующим образом:
- 1997 год – разработана версия 802.11, по своим возможностям практически полностью соответствующая устройству WaveLan;
- 2000 год – выпуск новой версии 802.11a. Радиопередача осуществляется в диапазоне 5 ГГц, скорость соединения доходит до 54 Мбит/с;
- 2003 год – выпуск версии 802.11g. Передача данных ведется в диапазоне 2 ГГц, задействован протокол шифрования WPA, скорость передачи – 54 Мбит/с;
- 2004 год – ознаменован появлением WPA2. Уровень безопасности шифрования данных достигает новых высот;
- 2009 год – выпуск устройств, со стандартом 802.11n с возможностью передачи данных в двух диапазонах: 2 и 5 ГГц, до 600 Мбит/с. Современные смартфоны используют именно этот стандарт;
- 2014 год – выпуск устройств с поддержкой стандарта 802.11ac. Пропускная способность имеет скорость более 1 Гбит/с;
- 2016 год – разрабатывается стандарт 802.11ad. Устройства, поддерживающие этот стандарт, способны работать на частоте 60 ГГц с передачей информации на скорости от 7 Гбит/с.
С чего все началось
Наверное, не будет ошибкой сказать, что датой рождения технологии является 1985 год. Тогда Федеральная служба по связи США официально разрешила использовать определенные частоты радиоспектра без лицензии. Эту инициативу поддержали и другие страны, так что бизнес быстро понял — в этой нише можно заработать. Один за другим стали появляться проекты беспроводной связи, которые разные компании пытались коммерциализировать.
Лишь в самом конце прошлого века, в 1997 году, появились первые спецификации беспроводной связи WiFi. Первое поколение, 802.11, давало возможность передавать данные со скоростью в 2 Мбит/с, при том, что радиус действия модуля был очень небольшим. Да и стоимость оборудования, которое обеспечивало беспроводную передачу данных, была просто заоблачной.
Затем, где-то в 1999 году, появились прототипы двух редакций базового стандарта: 802.11b и 802.11a. Они обеспечивали невиданную скорость передачи данных по воздуху — вплоть до 11 Мбит/с. Радиодиапазон при этом использовался тот же, что и сейчас — 2,4 ГГц. Радиус действия был гораздо большим, чем у самого первого поколения WiFi. Радиооборудование становится все более доступным — его могут купить уже и обычные пользователи.
Чуть позже скорость увеличили до 54 Мбит/с, воспользовавшись диапазоном в 5 ГГц и назвав спецификацию 802.11a. Именно тогда и закрепилось название WiFi, которое сейчас является обозначением спецификации 802.11.
Кроме того, разработчики стали заботиться о безопасности передаваемых данных лучше, чем раньше. Так, на смену дырявому WEP пришел WPA (англ. — Wi-Fi Protected Access). Еще год спустя, в 2004, появился протокол WPA2, который стал весьма надежно защищать беспроводные сети.
Первые шаги развития
В большинстве исследовательских источников указано, что появился Вай-Фай в 1998 году в лаборатории радиоастрономии CSIRO, в австралийском городе Канберра. Протокол для обмена данными «по воздуху» был создан инженером Джоном О`Салливаном. Им же ещё в 1991 году была разработана первая версия протокола Wi-Fi, которая была фундаментом для дальнейшего совершенствования первого беспроводного оборудования.
Имеются сведения, что история создания Вай-Фай имеет свои истоки ещё в 1985 году. Тогда в Федеральном агентстве по связи США (Federal Communications Commission) одобрили возможность нелицензированного использования определённых частот радиоспектра любым желающим пользователям. Такому законодательному начинанию в США последовали государственные структуры других государств. Поэтому во всём мире приступили к активной разработке соответствующих устройств для беспроводных сетей.
Лишь в 1991 году голландские компании NCR Corporation и AT&T подготовили версию готовой для использования технологии беспроводной передачи данных. У их совместного продукта было наименование «WaveLAN». Он был предназначен для того, чтобы оптимизировать работу кассовых систем за счёт беспроводного соединения.
Почему именно “WIFi”?
Многие из нас принимают аббревиатуру, как должное, не задумываясь о том, почему технология называется именно так. Ларчик открывается просто — дело в том, что WiFi изначально продвигали со слоганом «The Standard for Wireless Fidelity», что можно перевести как «стандарт беспроводной точности».
Затем технология получила сокращенное название «Wireless Fidelity», что со временем было обрезано до WiFi. Частично сыграла свою роль и аббревиатура HiFi, которая расшифровывается как High Fidelity. Может быть, разработчики WiFi пытались сделать свою технологию узнаваемой как раз за счет HiFi — кто знает. Как бы там ни было, своего они добились.
Почему именно “WIFi”?
Многие из нас принимают аббревиатуру, как должное, не задумываясь о том, почему технология называется именно так. Ларчик открывается просто — дело в том, что WiFi изначально продвигали со слоганом «The Standard for Wireless Fidelity», что можно перевести как «стандарт беспроводной точности».
Затем технология получила сокращенное название «Wireless Fidelity», что со временем было обрезано до WiFi. Частично сыграла свою роль и аббревиатура HiFi, которая расшифровывается как High Fidelity. Может быть, разработчики WiFi пытались сделать свою технологию узнаваемой как раз за счет HiFi — кто знает. Как бы там ни было, своего они добились.
Площадь действия радиосигнала
Оборудование, поддерживающее ранние стандарты, работали в секторе, не превышающем 35 метров (в помещении). Радиус действия оборудования на открытых пространствах составлял 100 м.
Современные устройства со стандартом 802.11n способны покрывать сигналом уже более обширные территории. Максимальный радиус действия в помещении составляет 75 м, а на открытых площадях достигает 250 м.
Внедрение новых технологий и усовершенствование технических возможностей сетевого оборудования – это непрерывные процессы деятельности ученых на протяжении восьми десятилетий. По мнению многих исследователей, именно Хэди Ламарр принадлежит право на изобретение беспроводных сетей.
Кто придумал Вай-Фай и мобильную связь? Посмотрите тематическое видео:
Что дальше?
В недалеком будущем нас ждет новый протокол беспроводной передачи данных WiFI 7 или IEEE 802.11be. Он будет работать с технологией CMU-MIMO, позволяющей поддерживать работу сразу 16 потоков данных. Помимо традиционных полос 2,4 ГГц и 5 ГГц, WiFi 7 также будет поддерживать полосу частот 6 ГГц. Все три полосы частот могут работать одновременно.
Теоретическая максимальная скорость передачи Wi-Fi 7 может достигать 30 Гбит/с, что в три раза превышает максимальную скорость 9,6 Гбит/с для Wi-Fi 6.
К сожалению, разработка основных механизмов работы технологии задерживается из-за эпидемии. Изначально планировалось, что все основные работы будут завершены до 2021 года, а стандарт будет одобрен в 2024 году. Но теперь, скорее всего, этот срок будет увеличен примерно на полгода, если не на год. Но в любом случае, разработка не прекратилась, она продолжается, хотя и в несколько замедленном темпе.
Читайте также: