Какая модуляция wi fi
Наиболее быстро развивающимся сегментом телекоммуникаций сегодня является Беспроводная Локальная Сеть (WiFi). В последние годы виден все больший рост спроса на мобильные устройства, построенные на основе беспроводных технологий.
Стоит отметить, что WiFi продукты передают и получают информацию с помощью радиоволн. Несколько одновременных вещаний могут происходить без обоюдного вмешательства благодаря тому, что радиоволны передаются по разным радиочастотам, известным также как каналы. Для осуществления передачи информации WiFi устройства должны «наложить» данные на радиоволну, также известную как несущая волна. Этот процесс называется модуляцией. Существуют различные типы модуляции, которые мы рассмотрим далее. Каждый тип модуляции имеет свои преимущества и недостатки с точки зрения эффективности и требований к питанию. Вместе, рабочий диапазон и тип модуляции, определяют физический уровень данных (PHY) для стандартов передачи данных. Продукты совместимы по PHY в том случае, когда они используют один диапазон и один тип модуляции.
Первый стандарт беспроводных сетей 802.11 был одобрен Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) в 1997 году и поддерживал скорость передачи данных до 2-х Мбит\с. Используемые технологические схемы модуляции стандарта: псевдослучайная перестройка рабочей частоты (FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum) и широкополосная модуляция с прямым расширением спектра (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum).
Далее, в 1999 году, IEEE одобрила еще два стандарта беспроводных сетей WiFi: 802.11a и 802.11b. Стандарт 802.11a работает в частотном диапазоне 5ГГц со скоростью передачи данных до 54Мбит\с. Данный стандарт построен на основе технологии цифровой модуляции ортогонального мультплексирования с разделением частот (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Стандарт 802.11b использует диапазон частот 2.4 ГГц и достигает скоростей передачи данных до 11Мбит\с. В отличие от стандарта 802.11a, схема стандарта 802.11b построена по принципу DSSS.
В начале 2001 года Федеральная Комиссия по Коммуникациям Соединенных Штатов (FCC - Federal Communications Commission) ратифицировала новые правила, благодаря которым разрешается дополнительная модуляция в диапазоне 2.4 ГГц. Это позволило IEEE расширить стандарт 802.11b, что привело к поддержке более высоких скоростей для передачи данных. Таким образом, появился стандарт 802.11g, который работает со скоростью передачи данных до 54Мбит\с и разрабатывался с использованием технологии ODFM.
Beamforming - автоматическое формирование луча
В последних моделях Wi-Fi-маршрутизаторов все чаще можно увидеть такую "опцию" как Beamforming. Beamforming, согласно техническим спецификациям современных Wi-Fi-устройств, это технология, позволяющая направлять излучаемый сигнал не во все стороны, как это происходит обычно, а "концентрированно" в сторону абонента. Это увеличивает отношение сигнал/шум, и как следствие - скорость передачи данных:
Особенно это актуально в местах, где много различных перекрытий сигналов и множество других источников радиопомех, работающих в нелицензируемом диапазоне частот 2.4 и 5 ГГц.
Следует отметить, что главной сложностью при внедрении beamforming в устройства является сложность настройки антенн в сочетании с грамотным программным обеспечением. В недорогих моделях роутеров зачастую наличие beamforming является лишь маркетинговым ходом. Сильно повысить стабильность приема в отдаленных участках помещения не получится. Beamforming стал частью стандарта, начиная с 802.11ac, во втором поколении этих устройств (wave 2).
Вам также может понравиться
Особенности технологии
До появления стандарта 802.11ax, технология MU-MIMO работала только в диапазоне 5 ГГц. С появлением 802.11ax MU-MIMO стала доступной и на 2.4 ГГц. В продаже сетевого оборудования появляется все больше двухдиапазонных маршрутизаторов с поддержкой данной технологии.
MU-MIMO использует технологию Beamforming. Благодаря ей, сигналы распространяются не хаотично, а в направлении беспроводного устройства. Эта направленность позволяет увеличить дальность сигнала и повысить скорость передачи данных.
К сожалению, невозможно обслуживать бесконечное количество пользователей и потоков данных. Например, роутер с поддержкой трех потоков может одновременно работать только с тремя Wi-Fi-устройствами без задержек.
Чтобы пользоваться преимуществами метода, принимающее устройство должно иметь поддержку MU-MIMO. В данном случае, достаточно одной антенны и пользовательское устройство примет поток данных от роутера.
Компании, выпускающие смартфоны, роутеры, точки доступа и другие сетевые устройства уже заложили в них поддержку технологии. Как гарантируют производители, во многих современных устройствах, они учли также аппаратные требования для поддержки MU-MIMO, и теперь достаточно обновить ПО на своем гаджете, и пользователь получит поддержку данной технологии.
Сигнал, который передается с помощью архитектуры MU-MIMO, сложно перехватить, что повышает безопасность беспроводной сети.
На первых этапах развития технологии существовала трудность совмещения устройств, работающих с поддержкой MIMO и без нее. Однако на данный момент это уже не так актуально – практически каждый современный производитель беспроводного оборудования использует ее в своих устройствах. Также, одной из проблем при появлении технологии передачи данных с помощью нескольких приемников и нескольких передатчиков, являлась цена устройства.
MIMO - Multiple Input Multiple Output
Технология MIMO оказала большое влияние на развитие Wi-Fi. Буквально несколько лет назад никто не думал о том, что будут существовать беспроводные устройства с пропускной способностью в сотни мегабит в секунду. Возникновение новых скоростных стандартов связи, в том числе 802.11n произошло во многом благодаря MIMO.
Наиболее простое определение, которое можно дать технологии MIMO – это многопотоковая передача данных. Аббревиатура переводится с английского как "несколько входов, несколько выходов". В отличие от своего "родителя" (Single Input / Single Output), в устройствах с поддержкой MIMO сигнал передается на одном радиоканале с помощью нескольких приемников и передатчиков.
Одной из основных характеристик технологии MIMO является количество антенн, работающих на прием и передачу. Обозначается NxM, где N - количество передающих антенн, а M - приемных. Например, MIMO типа 3х2 означает, что радиосистема имеет 3 передающие антенны и 2 принимающие. Кроме того, в MIMO применяется пространственное мультиплексирование. Иначе говоря, технология одновременной передачи данных нескольких пакетов по одному каналу. Благодаря такому "уплотнению" канала, его пропускную способность можно увеличить в два и более раз.
Как только технология беспроводной передачи данных Wi-Fi начала пользоваться большим спросом, быстро стали возрастать и требования к скорости. Впервые технология MIMO появилась в стандарте 802.11n, который дал возможность увеличить канальную скорость беспроводного соединения с 54 Мбит/сек до 600 Мбит/сек. Стандарт 802.11n дает возможность применять как стандартную ширину канала в 20 МГц, так и использовать широкополосную линию в 40 МГц. Таким образом можно получить в несколько раз увеличенную пропускную способность каналов, которые используются в данный момент. С помощью объединения MIMO с более широкой полосой пропускания канала, получается достаточно мощный способ повышения физической скорости передачи.
MCS в Wi-Fi сетях
- Тип модуляции. Модуляция - это метод передачи данных. Чем сложнее модуляция, тем выше скорость передачи данных. Более сложные модуляции требуют хороших условий передачи, низкого уровня помех и отсутствия препятствий на пути прохождения сигнала.
- Скорость кодирования информации. Этот параметр указывает на то, какая часть потока данных фактически используется для передачи "полезной" информации. Это значение выражается в виде дроби, например, 5/6 или 83,3% используемого потока данных.
- Количество пространственных потоков. Используя технологию MIMO, в настоящее время возможно запускать до 8 пространственных потоков. Фактически это позволяет использовать одну и ту же область частотного пространства для передачи и приема нескольких потоков данных.
- Ширина канала передачи. Это значение определяет, какая ширина канала будет использована для передачи. Ширина канала может быть максимум 40 МГц для диапазона 2.4 ГГц и 160 МГц для диапазона 5 ГГц. В диапазоне 60 ГГц ширина канала может составлять до 2 ГГц (стандарт 802.11ad/ay).
- Длительность защитного интервала. Защитный интервал фактически представляет собой очень короткую паузу между передачей пакетов, чтобы можно было игнорировать любую ложную информацию. Более длительные интервалы защиты обеспечивают более надежную беспроводную связь.
Чем выше индекс MCS, тем "сложнее" вышеперечисленные параметры передачи. Значение индексов MCS для различных стандартов Wi-Fi приводится в таблице ниже. В расширенной виде с таблицей MCS можно ознакомиться по ссылке.
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.
Wi-Fi – это технология беспроводной локальной сети на основе стандартов IEEE 802.11. Большинство людей используют ее для подключения к интернету мобильников, телевизоров и ноутбуков, но также данная технология применяется и в локальных сетях организаций (для подключения беспроводного принтера, например), и при построении беспроводного видеонаблюдения или домофонии, и даже в умном доме, которому и посвящен данный сайт. В общем везде, где или нет возможности протянуть кабель или устройства не поддерживают проводное подключение.
В сети Wi-Fi зачастую используется два типа устройств – точка доступа и клиенты, которые к ней подключаются. В качестве точки обычно выступает роутер, но также точкой можно сделать и смартфон или ноутбук, раздав Wi-Fi с них.
Содержание:
Основные понятия, история развития
В самом начале появления виртуальной линии показатели скорости переноса данных были довольно низкими. Для выполнения задач применялся радиоканал, функционирующий на скоростях до 1 Мбит/с, в редких случаях — до 2 Мбит/с. Первичный высокочастотный формат был назван IEEE 802.11a, он позволял ускоряться до 54 Мбит/с, что в тот период было очень быстрым показателем. Функционировали устройства с частотой 5 ГГц.
В 1999 г. появился новый вариант, который не продолжил деятельность предыдущего формата, а стал использовать новые методики (HR-DSSS) — IEEE 802.11b. Он перешел на частоту в 2,4 ГГц, с показателем быстродействия до 11 Мбит/с.
Продолжительное время вышеуказанный вариант считался самым популярным и распространенным. На его основе были построены многие виртуальные линии. Но в 2002 г. свет увидел 802.11g с частотой в 2,4 ГГц и скоростью 54 Мбит/с. С появлением новых разновидностей скоростные показатели поэтапно увеличивались, они обладают обратной совместимостью с вариацией 802.11b.
Существует специальная организация Wi-Fi Alliance, отвечающая за проверку совместимости и выдачу сертификатов для всех поколений Wi-Fi. В ней учитываются стандартные параметры шифрования и иные характерные особенности каждой модели.
Диапазон 5 ГГц
В частотном диапазоне 5 ГГц доступно 23 неперекрывающихся канала по 20 МГц. Можно даже отметить, что 5-гигагерцовый диапазон состоит только из неперекрывающихся каналов, так как на такой частоте перекрытие создает существенные коллизии. Здесь уже можно использовать не только ширину 20/40 МГц, но и каналы шириной в 80 МГц (основной + вспомогательный). Ниже изображено расположение каналов в диапазоне 5 ГГц:
- Первый блок (Lower, нижний) каналов UNII-1 лежит в диапазоне частот от 5180 до 5240. При этом доступные непересекающиеся каналы по 20 МГц: 36, 40, 44, 48;
- Второй блок (Middle, средний) UNII-2 лежит в диапазоне частот от 5260 до 5320. При этом доступные непересекающиеся каналы по 20 МГц: 52 56 60 64;
- Третий блок (Extended, расширенный) UNII-2 лежит в диапазоне частот от 5500 до 5700. При этом доступные непересекающиеся каналы по 20 МГц: 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140;
- Четвертый блок UNII-3 - частота от 5745 до 5805, доступные непересекающиеся каналы по 20 МГц: 149 153 157 161;
- Отдельно существуют 3 группы каналов: Japan (каналы: 8, 12, 16; диапазон 5040-5080) US Public Safety (каналы: 184, 188, 192, 196; диапазон 4920-4980) ISM (канал 165, частота 5825);
- Стандартом 802.11ac предусмотрено использование групп UNII-1, UNII-2 (обе) и UNII-3, т.е. суммарно 23 канала. Благодаря чему, при использовании ширины канала в 80 МГц, доступно 5 непересекающихся каналов. Этой же спецификацией предусмотрена возможность объединения 2-х каналов по 80 МГц, что в итоге дает 160 МГц.
Технология Zigbee в умном доме: компоненты, частота, каналы
Беспроводное соединение для передачи данных относится к популярным способам входа в интернет. Для выполнения задач используется специализированное оборудование — маршрутизаторы. Они работают на определенной скорости, но у них есть и другие характеристики. Обыватели редко разбираются в том, что такое стандарты Wi-Fi, потому что знание не влияет на условия использования прибора. Но порой понимать данную терминологию необходимо. Например, при покупке нового устройства.
Частотные каналы Wi-Fi. Частоты 802.11ac и 802.11n
Как уже было сказано выше, большое количество работающих вокруг сетей будет создавать помехи для вашего соединения. Для минимизации таких помех роутеры могут использовать разные частотные каналы для связи с устройствами. Что это значит? Возьмем, к примеру, частотный диапазон 2.4 ГГц (устройства на 802.11n), в него входят частоты от 2400 МГц до 2483.5 МГц (в Японии до 2495 МГц). Стандартная ширина канала, которую использует роутер для связи с устройствами в данном частотном диапазоне составляет 22 МГц и таких каналов при работе в 2.4 ГГц может быть до 14 шт. Точное значение зависит от страны – для США это 11, для России и Украины – 13, а для Японии – 14. Исходя из вышесказанного, получается, что тот же айфон, купленный в штатах, будет видеть только первые 11 каналов и если ваш роутер работает на 13, то смартфон его просто не увидит. Так что если ваше устройство не видит роутер, то зайдите в его (роутера) настройки и выберите любой канал из первых одиннадцати.
С точками доступа все проще – при первом запуске зачастую предлагается выбрать страну проживания и исходя из этого и будет программно ограничено количество каналов и мощность сигнала.
Как уже было сказано выше – всего в диапазоне от 2400 МГц до 2483.5 МГц имеется 13 каналов (японский 14, находящийся за пределами данного диапазона в расчет не берем). Как они там поместились, учитывая ширину каждого в 22 МГц? Все просто – центральная частота каждого следующего канала равна +5 МГц к центральной частоте предыдущего. Для наглядности приведу картинку:
Как видим, каждый канал пересекается с частью других и, соответственно, создает на них помехи. Например, точка работающая на 4 канале будет оказывать сильные помехи на 3 и 5 каналы и немного меньшие на 2 и 6. А вот если ваш роутер будет работать на первом, а два соседских на шестом и одиннадцатом каналах, то все они не будут создавать друг другу помехи, т к не будет пересечения каналов. Но это в теории, на практике они все же пересекаются, т к всегда остается “неучтенка” и, расположив рядом две точки с непересекающимися каналами, они будут создавать друг другу помехи. Выглядит это следующим образом:
Как бы то ни было, в любом многоквартирном доме сейчас куда больше роутеров и трех непересекающихся каналов явно недостаточно. Можно легко поймать сигнал соседа слева, справа, сверху, снизу и даже через несколько этажей. Частично решить данный вопрос можно переходом на 802.11ac, работающий на 5 ГГц (при условии, что используемые устройства поддерживают данную частоту), тут и каналов больше и загруженность меньше. А учитывая меньшую дальность действия еще и не все соседские точки добьют до вашей квартиры. В России, согласно Постановлению Правительства РФ от 12 октября 2004 года № 539 “О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств” (с изменениями на 22 декабря 2018 года) внутри помещений разрешено использовать частотные диапазоны 5150 – 5350 МГц и 5650 – 5850 МГц, что дает 17/8/4/1 (при 20/40/80/160 МГц соответственно) непересекающихся каналов в 5 ГГц:
Чтобы проверить каналы Wi-Fi на загруженность и найти среди них свободные можно воспользоваться специальным приложением для смартфонов Wi-Fi Analyzer. А для того, чтобы измерить скорость Wi-Fi соединения можно воспользоваться программой SpeedTest для смартфона или их сайтом для замера на ПК.
На что влияет ширина канала Wi-Fi? Все просто – чем шире канал, тем больше скорость передачи данных, но если вокруг будет много других сетей с пересекающимися с вами каналами, то и помех будет больше. Помехи – повышение значения уровня шума и уменьшение соотношения сигнал/шум. Как итог – уменьшение реальной скорости соединения.
Что такое MIMO в роутере. SU-MIMO и MU-MIMO
MIMO – одно из самых важных нововведений стандарта Wi-Fi 802.11n. Если просто, то MIMO – это технология, позволяющая в один момент времени передавать или принимать несколько потоков данных с использованием нескольких антенн устройства. Больше потоков – выше скорость соединения.
Согласно стандарту могут быть различные конфигурации принимающих и передающих антенн, начиная с 1×1, где одна принимающая и одна передающая и заканчивая 4×4 (для 802.11n, в новых стандартах их количество увеличили еще больше). Зачастую в первой (1х1) конфигурации можно передать один пространственный поток, а в 4×4 – до четырех одновременно. Главное тут, чтобы не только роутер, но и клиент обладал соответствующим количеством антенн, а с этим могут возникнуть проблемы, так как, например, большинство смартфонов имеет MIMO 1×1. Да и указывают эти параметры далеко не все производители смартфонов и роутеров.
Существует два варианта MIMO: однопользовательский (SU-MIMO) и многопользовательский (MU-MIMO, впервые появившейся в стандарте 802.11ac Wave 2). В первом случае роутер в один момент времени отправляет данные только одному устройству, во втором – может отправлять данные нескольким пользователям одновременно.
Частоты Wi-Fi
Обеспечить беспроводную связь с Интернет теперь доступно всем. Достаточно подключить у себя в доме, на даче или в офисе систему wifi и можно принимать сигнал не заботясь о бесконечных проводах, телефонных подключениях, модемах и картах связи. Роутер wifi является маршрутизатором, принимающим решение по пересылке пакетных данных для различных модульных сегментов сети. Проще говоря, если у вас в доме находятся один или несколько ноутбуков и все они нуждаются в подключении к сети Интернет, то эту проблему решает маршрутизатор беспроводной связи. Система wifi самостоятельно находит ваши ноутбуки и устанавливает соединение с Интернет. Стандартная схема беспроводного маршрутизатора предусматривает не менее одного соединения. Раздача интернета происходит на различных частотах. Для Российской Федерации предусмотрены и выделены частоты в диапазоне от 5150—5350 МГц до 5650—6425 МГц. Данные частоты являются основными, для работы в указанных диапазонах не требуется специального разрешения. Фиксированный беспроводной доступ 5150—5350 МГц и 5650—6425 МГц обеспечивает высокую скорость передаваемых данных в сети Интернет. Для поиска свободного канала связи необходимо скоординировать подключение сети с администрациями других сетей. Каждая сеть должна использовать канал-частоту, отделенную от другого канала полосой 25 МГц.
Wi-Fi остается одной из наиболее перспективных технологий беспроводной связи. Она стремительно развивается и принимает в себя новые беспроводные решения, позволяющие увеличить скорость передачи данных. Даже с развитием LTE-сетей, Wi-Fi не остается в стороне, а скорее получает дополнительную ветку развития, разгружая трафик в наиболее востребованных участках сети.
Wi-Fi для применения внутри помещений в рамках установленной законодательством мощности излучения не требует получения разрешения на использование частот. Кроме того, организация Wi-Fi-сети в условиях дома или небольшого офиса довольно проста, благодаря чему, зачастую, можно обойтись своими силами. Тем не менее, при проектировании сети с высокими требованиями к качеству связи, плотности покрытия и пропускной способности, как правило, прибегают к помощи специалистов. Развертывание Wi-Fi-сети занимает на порядок меньше времени по сравнению с прокладкой СКС до рабочих мест. Именно за простоту настройки, развертывания, относительную дешевизну и удобство, Wi-Fi по праву считают одной из перспективных и активно развивающихся технологий.
Требования к Wi-Fi-оборудованию описаны в наборе стандартов IEEE 802.11. С выпуском каждого нового стандарта, к 802.11 добавлялась буква, например, 802.11a/b/n и т.д. На сегодняшний день насчитывается несколько десятков разновидностей стандартов Wi-Fi. Не все стандарты были направлены на увеличение скорости передачи данных, некоторые из них затрагивают вопросы безопасности (например, 802.11i), другие включали описание работы роуминга (802.11r) и т.д.
При этом следует отметить, что не все перечисленные стандарты Wi-Fi служат для организации беспроводных локальных сетей как привычные нам роутеры, работающие в диапазонах 2.4 и 5 ГГц (стандарты 802.11 a/b/g/n/ac). Такие стандарты как 802.11ad и 802.11ay изначально планировалось выпустить для передачи данных на небольшие расстояния – от 1 до 10 метров – и, в перспективе, использовать их для организации высокоскоростных интерфейсов передачи данных, например для подключения мониторов к ПК и передачи изображения в формате 8K. Однако, в результате развития 5G-сетей и переходом в диапазон до 100 ГГц, устройства с поддержкой 802.11ad стали применяться для организации радиодоступа вне помещений (но для таких частот должны быть обеспечены условия прямой видимости).
Таким образом, у Wi-Fi большое будущее, которое позволит использовать данную технологию в совершенно разных приложениях. Несомненно, данная технология найдет свое место как в 5G-сетях, IoT-решениях, так и в VR-приложениях:
Применимость различных стандартов Wi-Fi
MIMO и Beamforming
Ну и напоследок хотелось бы рассказать про несколько технологий, применяемых в беспроводных сетях.
Типы MIMO
Для различного количества пользователей, между которыми в одно и тоже время идет передача данных, существует два типа технологий:
SU-MIMO – система для одного пользователя (Single User - SU). Используется, когда в определенный промежуток времени потоки данных идут только к одному пользователю. Технология предоставляет многоканальные входные и выходные потоки одному устройству. Пока Wi-Fi-устройство адресата получает или принимает данные, другие пользователи находятся в ожидании.
MU-MIMO – система для нескольких пользователей (Multi User - MU). Позволяет нескольким пользователям принимать одновременно потоки данных. Она опирается на технологии SU-MIMO, но дает одновременную связь точки доступа с несколькими устройствами. MU-MIMO создает до 4 одновременных подключений, передавая по 4 потока данных одновременно. В результате пользователи не делят между собой соединение и улучшается производительность сети.
Разница между технологиями SU и MU-MIMO
Используемые частотные диапазоны Wi-Fi. Разница между 2.4 и 5 ГГц
Передача Wi-Fi сигнала осуществляется при помощи радиоволн в частотных диапазонах 2.4 ГГц и 5 ГГц. Какую частоту Wi-Fi выбрать и какая разница между 2.4 и 5 ГГц? У каждого диапазона есть свои плюсы и минусы. Сети, которые работают на 2.4 ГГц обладают большей площадью покрытия по сравнению с сетями, работающими в диапазоне 5 ГГц. Меньшая дальность покрытия на пятерке связана с тем, что волны на высоких частотах затухают сильнее, а также с большей чувствительностью сигнала к различным препятствиям, что актуально в многоквартирных домах. Казалось бы, выставляй везде 2.4 и радуйся хорошему приему в любом уголке квартиры, но не тут-то было. Большое количество сетей в данном диапазоне создают помехи друг на друга, ухудшая качество сигнала, а соответственно и скорость соединения. И сетей этих действительно много – это и точки доступа соседей, и умные лампы, розетки и выключатели, и беспроводные камеры видеонаблюдения. Bluetooth-устройства, беспроводные клавиатуры, мышки и наушники, Zigbee датчики умного дома и даже микроволновки так же работают в диапазоне частот 2.4 ГГц.
2.4 или 5 ГГц: что лучше? Все современные роутеры уже давно работают в двух частотных диапазонах одновременно, так что если вы живете в многоквартирном доме, то лучшим решением будет перекинуть на пятерку все поддерживающие ее устройства, а недостаток покрытия решить добавлением усилителей. В моем случае пятерка отлично покрывает двухкомнатную квартиру в монолитном доме, показывая близкие к максимальной от провайдера скорости в любой ее части, так что все лампочки и прочие устройства умного дома у меня висят на 2.4 (5 ГГц они не поддерживают), а все смартфоны – на пятерке.
Для использования сетей 5 ГГц и клиент и точка доступа должны их поддерживать.
Частоты Wi-Fi
Обеспечить беспроводную связь с Интернет теперь доступно всем. Достаточно подключить у себя в доме, на даче или в офисе систему wifi и можно принимать сигнал не заботясь о бесконечных проводах, телефонных подключениях, модемах и картах связи. Роутер wifi является маршрутизатором, принимающим решение по пересылке пакетных данных для различных модульных сегментов сети. Проще говоря, если у вас в доме находятся один или несколько ноутбуков и все они нуждаются в подключении к сети Интернет, то эту проблему решает маршрутизатор беспроводной связи. Система wifi самостоятельно находит ваши ноутбуки и устанавливает соединение с Интернет. Стандартная схема беспроводного маршрутизатора предусматривает не менее одного соединения. Раздача интернета происходит на различных частотах. Для Российской Федерации предусмотрены и выделены частоты в диапазоне от 5150—5350 МГц до 5650—6425 МГц. Данные частоты являются основными, для работы в указанных диапазонах не требуется специального разрешения. Фиксированный беспроводной доступ 5150—5350 МГц и 5650—6425 МГц обеспечивает высокую скорость передаваемых данных в сети Интернет. Для поиска свободного канала связи необходимо скоординировать подключение сети с администрациями других сетей. Каждая сеть должна использовать канал-частоту, отделенную от другого канала полосой 25 МГц.
Wi-Fi остается одной из наиболее перспективных технологий беспроводной связи. Она стремительно развивается и принимает в себя новые беспроводные решения, позволяющие увеличить скорость передачи данных. Даже с развитием LTE-сетей, Wi-Fi не остается в стороне, а скорее получает дополнительную ветку развития, разгружая трафик в наиболее востребованных участках сети.
Wi-Fi для применения внутри помещений в рамках установленной законодательством мощности излучения не требует получения разрешения на использование частот. Кроме того, организация Wi-Fi-сети в условиях дома или небольшого офиса довольно проста, благодаря чему, зачастую, можно обойтись своими силами. Тем не менее, при проектировании сети с высокими требованиями к качеству связи, плотности покрытия и пропускной способности, как правило, прибегают к помощи специалистов. Развертывание Wi-Fi-сети занимает на порядок меньше времени по сравнению с прокладкой СКС до рабочих мест. Именно за простоту настройки, развертывания, относительную дешевизну и удобство, Wi-Fi по праву считают одной из перспективных и активно развивающихся технологий.
Требования к Wi-Fi-оборудованию описаны в наборе стандартов IEEE 802.11. С выпуском каждого нового стандарта, к 802.11 добавлялась буква, например, 802.11a/b/n и т.д. На сегодняшний день насчитывается несколько десятков разновидностей стандартов Wi-Fi. Не все стандарты были направлены на увеличение скорости передачи данных, некоторые из них затрагивают вопросы безопасности (например, 802.11i), другие включали описание работы роуминга (802.11r) и т.д.
При этом следует отметить, что не все перечисленные стандарты Wi-Fi служат для организации беспроводных локальных сетей как привычные нам роутеры, работающие в диапазонах 2.4 и 5 ГГц (стандарты 802.11 a/b/g/n/ac). Такие стандарты как 802.11ad и 802.11ay изначально планировалось выпустить для передачи данных на небольшие расстояния – от 1 до 10 метров – и, в перспективе, использовать их для организации высокоскоростных интерфейсов передачи данных, например для подключения мониторов к ПК и передачи изображения в формате 8K. Однако, в результате развития 5G-сетей и переходом в диапазон до 100 ГГц, устройства с поддержкой 802.11ad стали применяться для организации радиодоступа вне помещений (но для таких частот должны быть обеспечены условия прямой видимости).
Таким образом, у Wi-Fi большое будущее, которое позволит использовать данную технологию в совершенно разных приложениях. Несомненно, данная технология найдет свое место как в 5G-сетях, IoT-решениях, так и в VR-приложениях:
Применимость различных стандартов Wi-Fi
Дополнительные стандарты Wi-Fi
Вторичные версии применяются для обеспечения сервисного функционала. Их краткие характеристики включают следующую информацию:
Наименование | Основные задачи |
11 d | Ответ на синхронизацию гаджетов с вай-фай, обеспечение скорости передачи информации на территории страны. |
11 e | Прямое воздействие на качество медиафайлов. |
11 f | Управление параметрами точек доступа для разных производителей. |
11 h | Защита от помех военной радиосвязи, метеорологических радаров. |
11 i | Защита информации пользователей, которая передается. |
11 k | Распределение загруженности по разным точкам доступа в равномерном спектре. |
11 m | Объединение всех обновлений для группы 802.11. |
11 p | Контролирует навигацию, безопасность движения. |
11 r | Автоматическое определение беспроводной линии при перемещении в зону покрытия иной точки доступа с последующим переподключением к ней аппаратуры. |
11 s | Помогает любой аппаратуре становится ТД. |
11 t | Стабилизирует систему тестирования 802.11. |
11 u | Синхронизация внешних линий с вай-фай. |
11 v | Работа над усовершенствованием протокола 802.11. |
11 y | Разработан для частоты 3,65-3,7 ГГц, но относится к незаконченным версиям. |
11 w | Занимается поиском возможностей усовершенствования защиты от постороннего доступа к передаче информации. |
Популярность среди пользователей по отношению к вай-фай соединениям увеличивается ежедневно. Практически вся современная техника поддерживает беспроводное подключение к Всемирной паутине: планшет, смартфон, ноутбук, моноблок, телевизор, МФУ и пр. Чтобы подобрать подходящую линию, достаточно изучить все разновидности и особенности сетей вай-фай, которые существуют на сегодняшний день. Между ними есть существенная разница, что позволяет найти лучший вариант для нормальной функциональности всех девайсов, находящихся в локальной домашней сетке.
Дипломированный специалист по безопасности компьютерных сетей. Навыки маршрутизации, создание сложных схем покрытия сетью, в том числе бесшовный Wi-Fi.
Протоколы Wi-Fi и их характеристики, таблица
Каждый протокол Wi-Fi имеет собственные преимущества и недостатки. Разработчики направления постоянно улучшают их работоспособность, уделяя особое внимание стабильности сигнала и ускорению быстродействия.
Скорость передачи данных
Скоростные стандарты Wi-Fi в таблице дают общее представление о канальных и реальных показателях.
Beamforming
Beamforming – технология формирования направленного луча в сторону подключенного клиента. Обычно сигнал транслируется во все стороны, создавая равномерную зону покрытия. Технология Beamforming позволяет маршрутизатору определить нахождение клиента в пространстве и сформировать сигнал в данном направлении. Изначально данный функционал появился в стандарте 802.11n, но из-за отсутствия стандартного способа реализации каждый производитель реализовывал ее по-своему и нормально она не работала. Начиная с 802.11ac был введен стандартный способ формирования диаграммы направленности, что позволило любым устройствам с поддержкой данной технологии корректно работать с любыми другими устройствами, так же ее поддерживающими.
Диапазон 2.4 ГГц
Большинство обычных клиентских маршрутизаторов и бытовых Wi-Fi-устройств работает в двух частотных диапазонах: 2,4 ГГц (802.11 b/g/n) и 5 ГГц (802.11 a/n/ac).
В диапазоне 2,4 ГГц стандартами определено 14 каналов. Некоторые из них могут быть недоступны в ряде стран (например, 14 канал разрешен для использования только в Японии). Каналы с номерами 1, 6 и 11 считаются полностью не пересекающимися по частотам и называются, как ни странно, "непересекающимися". Но на деле всегда остается "неучтенка", и если точки доступа расположены достаточно близко друг к другу, то и непересекающиеся каналы становятся пересекающимися:
Каждый канал занимает ширину в 20 МГц. В некоторых случаях, стандартами разрешено использовать ширину канала равную 40 МГц (см. раздел Агрегация каналов). Номера каналов и их центральные частоты приведены на рисунке.
Каналы Wi-Fi в диапазоне 2.4 ГГц
Использование непересекающихся каналов удобно в том случае, когда требуется организовать равномерное радиопокрытие таким образом, чтобы рядом расположенное оборудование не мешало друг другу, увеличивая тем самым стабильность и качество связи:
Одним из недостатков диапазона 2,4 ГГц является его высокая загруженность и малое количество каналов. Помехи для Wi-Fi-сети могут создавать не только другие Wi-Fi-устройства и точки доступа, но и Bluetooth-устройства, работающие в этом же частотном диапазоне. Даже обычная бытовая СВЧ-печь способна очень сильно влиять на качество соединения в диапазоне 2,4 ГГц. Для минимизации взаимных влияний мощность Wi-Fi-передатчиков строго ограничена и регламентирована. Использование мощного передатчика требует получения разрешения в радиочастотном центре.
Более перспективным, с точки зрения меньшей загруженности и наличия большего числа каналов, является частотный диапазон 5 ГГц.
Стандарты Wi-Fi сетей — что это такое
К одним из важных параметров устройств беспроводной связи относятся стандарты Wi-Fi, показывающие режим работы аппаратуры. В интерфейсе роутера можно выбрать разные протоколы и иные параметры, которые позволяют получить оптимальную скорость и показатели пропускной способности, уровень безопасности виртуальной линии.
Удачно подобранные стандарты вай-фай оказывают непосредственное влияние на скоростной режим, отсутствие сбоев и нормальную функциональность интернета.
Стандарты беспроводных сетей Wi-Fi
Сети Wi-Fi описываются стандартами связи IEEE 802.11, берущими свое начало аж с 1997 года. Стандарты 802.11a и 802.11b появились в 1999 (выход первых устройств на 802.11a состоялся в 2001), 802.11g в 2003, 802.11n в 2009, 802.11ac в 2014 и 802.11ax в 2019. Немалое количество получается и что бы не запутаться во всем этом обычному пользователю, было принято решение дать стандартам альтернативные, простые для запоминания названия. Так в 2018 году и появились более удобные обозначения: 802.11n стал Wi-Fi 4, 802.11ac – Wi-Fi 5, а 802.11ax – Wi-Fi 6.
Четвертая версия (802.11n) работает в диапазонах 2.4 ГГц и 5 ГГц (при этом на 2.4 ГГц работает большинство устройств в данном стандарте) и наиболее распространена на данный момент. Максимальная теоретическая скорость 802.11n при использовании одной антенны – до 150 Мбит/с, а при использовании четырех – до 600 Мбит/с. Доступная ширина канала – 20 и 40 МГц.
Wi-Fi 5 (802.11ac), вышедший в 2013 году работает только на частоте 5 ГГц. Максимальная скорость 802.11ac при использовании восьми MU-MIMO антенн может доходить до 6,77 Гбит/с, а среди основных отличий от предыдущего стандарта можно выделить:
- Поддержку каналов шириной 20, 40, 80 и 160 МГц.
- Поддержку модуляции 256QAM, что дает увеличение скорости до 33% по сравнению с 64QAM, использующемся в Wi-Fi 4.
- Поддержку до 8 пространственных потоков (Wi-Fi 4 поддерживает до 4).
- Полноценно работающий между оборудованием разных производителей Beamforming.
- Поддержку MU-MIMO (появилась во второй редакции стандарта 802.11ac (Wave 2)).
Последние две технологии будут рассмотрены более подробно чуть ниже.
Wi-Fi 6 (802.11ax) – последний вышедший на данный момент стандарт Wi-Fi. Количество поддерживающих его устройств все еще невелико, но оно постоянно увеличивается.
Максимальная теоретическая скорость, заявленная для Wi-Fi 6 – до 11 Гбит/с. Он работает на частотах 2.4 и 5 ГГц, поддерживает ширину канала до 160 МГц, а также в нем были внедрены новые технологии – OFDMA, модуляция 1024QAM, BSS Coloring, Target Wake Time. Подробнее про шестую версию можно почитать в статье «Wi-Fi 6 802.11ax: Target Wake Time, BSS Coloring, OFDMA«.
Carrier Aggregation - агрегация каналов
Под агрегацией следует понимать логическое объединение нескольких параллельных каналов передачи в один. Стандартами допускается использование полосы пропускания 40 МГц в диапазоне 2,4 ГГц. В диапазоне 5 ГГц ширина каналов может быть увеличена до 40, 80, 160 МГц с занятием частот соседних каналов для увеличения пропускной способности сети:
Это и называется агрегированием. В случае использования широкой полосы пропускания, стабильность соединения может снижаться в силу взаимных влияний различных сетей друг на друга. Однако, несомненно, увеличение ширины канала позволяет многократно увеличить скорость передачи данных.
В этом разделе приводится описание технологий, которые нашли применение в беспроводных сетях стандарта 802.11 и позволили многократно увеличить скорости передачи данных – MIMO и Beamforming.
Классификация, частота и диапазоны
Сейчас существует множество разновидностей IEEE 802.11, но к популярным относят только четыре типа: 802.11a, b, g, n. Главным отличием данных типов Wi-Fi являются показатели скорости. Например, 11а — относится к устаревшим и практически неиспользуемым, характеризуется 54 Мбит/с с частотой в 5 ГГц. А вот 11b — это уже скорость до 11 Мбит/с и 2,4 ГГц.
Согласно классификации Wi-Fi выделяют такие разновидности.
802.11a
Работает по методике широкополосной модуляции с прямым спектральным расширением. Является первым сертифицированным видом (1999 г.), оборудование, которое с ним совместимо, обязательно имеет соответствующую наклейку.
802.11a практически не применялся для мобильных телефонов и смартфонов. Спустя год появилась более удобная адаптация для разнообразных гаджетов.
Характеризуется разновидность следующими показателями:
- диапазоном Wi-Fi — до 50 м;
- кодировкой — Barker 11, QPSK;
- небольшой стоимостью — на уровне других вариантов;
- скоростью отправки и получения информации — 54 Мбит/с;
- частотой каналов Wi-Fi — 5 ГГц.
Диапазонные показатели делятся на три независимых канала, что позволяет одновременно работать на одном пространстве 3 виртуальным линиям. Вся продукция, функционирующая в указанном режиме, обязательно проходит сертификацию в WECA (международная организация).
802.11b
Данный подвид формировался для решения проблем с работоспособностью предыдущей вариации, начал применяться после 2001 г. На европейских и российских территориях не получил распространения, чаще встречается в Японии, США.
Перечень характеристик представлен:
- скоростью отправки и получения данных — до 11 Мбит/с;
- максимальным радиусом действия — в 30 м;
- предельной частотой в 5,8 ГГц;
- несовместимостью с 802.11a;
- более высокой ценой;
- кодировкой — Convoltion Coding;
- модуляциями — BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM.
Упор при разработке делался на уровень пропускной способности и диапазон тактовых частот вай-фай. Изменения в первоначальной модификации позволили снизить влияние иных аппаратов на качество сигнала адаптера.
За счет обеспечения совместимости с первичной версией процесс перехода ко второй ступени произошел практически незаметно. Предоставляемой 802.11b скорости хватало для сотовых, игровых консолей, ноутбуков.
802.11g
Данный подвид быстро стал популярным из-за высокого скоростного режима и совместимости с типом 802.11b. Утверждение он прошел в 2002 г., применяется по сегодняшний день, но в меньших количествах.
- абсолютная совместимость с 802.11b;
- кодировка — Barker 11, CCK;
- модуляция — OFDM, PBCC;
- область действия — 50 м;
- скорость до 54 Мбит/с;
- частота Wi-Fi — 2,4 ГГц.
К преимуществам относят сниженное потребление энергии, высокую пробивную способность, дальность действия.
Изначально его скоростной уровень казался многим производителям избыточным, и они не спешили его внедрять.
Проблема заключалась в ограниченном объеме встроенной памяти девайсов, плохом отображении полноценных интернет-страниц на маленьком дисплее. С постепенным расширением использования ноутбуков мнение общественности поменялось.
802.11n
Последнее поколение из классов Wi-Fi, получившее сертификат в 2009 г. Является усовершенствованной спецификацией 802.11b, которая реализует обмен информацией в аналогичном частотном диапазоне.
По скоростным показателям превосходит своих предшественников, обеспечивает их на уровне Fast Ethernet. При лабораторных исследованиях показал способность передавать сведения при 600 Мбит/с, для выполнения задачи использовались четыре антенны (150 Мбит/с).
Большая часть функций была взята у 802.11а, в основе используется направление OFDM/MIMO. У данной разновидности есть возможность применения частотных диапазонов от других стандартных нормативов.
Основные характеристики представлены:
- скоростным уровнем — 200 Мбит/с;
- областью действия — 100 м;
- частотами в 2,4-5 ГГц;
- возможностью совмещения с 802.11b, 802.11а.
Новый тип развивается и сегодня, поэтому возможны конфликты оборудования, даже при поддержке 802.11n.
Проблема связана с разными производителями устройств, наслоением каналов друг на друга в торговых центрах, гостиничных комплексах и иных людных местах. В итоге в связи возникают помехи, мешающие нормально грузится интернет-страницам и почему контенту.
802.11ac
Последняя вариация позволяет получить новое качество интернета.
- Высокими скоростями — теоретически они могут достигать показателя в 1,3 Гбит/с, но на практике не превышает 600 Мбит/с. Изменения связаны с широкими каналами и повышенной частотой. За один такт передаются большие объемы информации, пользователи могут просматривать кинофильмы онлайн без видимого торможения картинки и звука.
- Увеличенной численностью частот — в него входит целый ассортимент в области 5 ГГц. Маршрутизатор с высоким диапазоном способен охватить зону до 380 МГц.
- Большим участком покрытия — данное подключение способно проникать через бетон и гипсокартон. Посторонние помехи, вызываемые домашней техникой или соседскими маршрутизаторами, на его работоспособность не оказывают никакого влияния.
- Новейшими технологиями — расширение MU/MIMO гарантирует бесперебойную работу для нескольких сетевых устройств, подключенных одновременно.
Стандартный Wi-Fi 4 поколения дает видимые преимущества при посещении Всемирной паутины. Но не все поставщики услуг работают в указанных границах, большинство применяет более старые технологии.
Bluetooth mesh
Какой режим выбрать на роутере для домашнего использования
Принцип работы Wi-Fi основан на поддержке роутерами различных протоколов: b/g/n. Если маршрутизатор функционирует в двух полосах, то он поддерживает стандартизацию ас. Любое современное устройство работает при 2,4-5 ГГц: телефон, планшет, ноутбук, принтер, МФУ.
Устаревшие аппараты не функционируют при новейших условиях, поэтому они не способны присоединяться к современным роутерам. Для домашнего использования оптимальным считается смешанные режимы Wi-Fi b/g/n. При применении проблем со связью для новых и старых агрегатов не будет. Указанная схема предустановлена на большинстве адаптеров.
Если настолько древней аппаратуры в доме нет, то предпочтение отдается «n» с диапазоном 2,4 ГГц. Такой подход позволяет повысить скоростные способности локальной линии.
Читайте также: