Принцип функционирования беспроводной сети Wi - Fi в диапазоне 5 ГГц

Содержание

Введение  2

Что такое Wi-Fi? 3

Способы построения беспроводных сетей 3

Стандарты IEEE 802.11 5

Устройство IEEE 802.11.ac 8

Переход на частоту 5 ГГц 11

Wi-Fi и ПО 13

Преимущества                                                                                                        15

Недостатки                                                                                                             16 
 

Введение

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Что такое Wi-Fi

Wi-Fi — торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «беспроводное качество» или «беспроводная точность») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

История

Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent Technologies и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Создатель Wi-Fi — Вик Хейз (Vic Hayes) находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, как IEEE 802.11b, IEEE 802.11a и IEEE 802.11g. В 2003 году Вик ушёл из Agere Systems. Agere Systems не смогла конкурировать на равных в тяжёлых рыночных условиях, несмотря на то что её продукция занимала нишу дешёвых Wi-Fi решений. 802.11abg all-in-one чипсет от Agere (кодовое имя: WARP) плохо продавался, и Agere Systems решила уйти с рынка Wi-Fi в конце 2004 года.

Способы построения беспроводных сетей

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc)

 

 

 когда точка доступа  не используется, а клиенты соединяются  посредством сетевых адаптеров  «напрямую». Точка доступа передаёт  свой идентификатор сети (SSID ) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта.

 

Однако, стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

 

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

• Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)
• Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)
• Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

 

По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

• Со статическими настройками радиоканалов
• С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов
• Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

 

Стандарты Wi-Fi. IEEE 802.11

IEEE 802.11 — набор стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 0,9; 2,4; 3,6 и 5 ГГц.

 

Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющемуся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. Получил широкое распространение благодаря развитию в мобильных электронно-вычислительных устройствах: КПК и ноутбуках.

Институт инженеров по электротехнике и электронике — IEEE (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers) (I triple E — «Ай трипл и») — международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике.

Стандарт	Частотный диапазон	Пропускная способность	Типичная скорость	Технологии
IEEE 802.11a	5 ГГц	54 Мбит/с	20 Мбит/с	OFDM
IEEE 802.11b	2,4 ГГц	11 Мбит/с	5 Мбит/с	DSSS
IEEE 802.11g	2,4 ГГц	54 Мбит/с	25 Мбит/с	OFDM, DSSS
IEEE 802.11n	2,4/5 ГГц	300/600 Мбит/с	150/300 Мбит/с	OFDM, MIMO
IEEE 802.11ac	5 ГГц	6,93 Гбит/с	3 Гбит/с	OFDM, MIMO, Beamforming

 

 

Стандарт	Частотная полоса	Скорость передачи потока, Мбит/с	Число потоков
IEEE 802.11a	20 МГц	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54	1
IEEE 802.11b	20 МГц	1; 2; 5,5; 11	1
IEEE 802.11g	20 МГц	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54	1
IEEE 802.11n	20 МГц	7,2; 14,4; 21,7; 28,9; 43,3; 57,8; 65; 72,2	4
	40 МГц	15; 30; 45; 60; 90; 120; 135; 150
IEEE 802.11ac	20/40/80/160 МГц	65; 130; 195; 260; 390; 520; 585; 650; 780; 866.7	8

 

История

Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и, опционально, на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей — IEEE 802.11a — определяет скорость передачи уже до 54 Мбит/с брутто. Рабочий диапазон стандарта — 5 ГГц.

 

Вопреки своему названию, принятый в 1999 году стандарт IEEE 802.11b не является продолжением стандарта 802.11a, поскольку в них используются различные технологии: DSSS (точнее, его улучшенная версия HR-DSSS) ,технология DSSS (расширение спектра радиосигнала по принципу прямой последовательности), в 802.11b против OFDM, OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов), в 802.11a. Стандарт предусматривает использование нелицензируемого диапазона частот 2,4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с.

 

Продукты стандарта IEEE 802.11b, поставляемые разными изготовителями, тестируются на совместимость и сертифицируются организацией Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), которая в настоящее время больше известна под названием Wi-Fi Alliance. Совместимые беспроводные продукты, прошедшие испытания по программе «Альянса Wi-Fi», могут быть маркированы знаком Wi-Fi.

 

Долгое время IEEE 802.11b был распространённым стандартом, на базе которого было построено большинство беспроводных локальных сетей. Сейчас его место занял стандарт IEEE 802.11g, постепенно вытесняемый высокоскоростным IEEE 802.11n.

 

Проект стандарта IEEE 802.11g был утверждён в октябре 2002 г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость соединения до 54 Мбит/с (брутто) и превосходя, таким образом, стандарт IEEE 802.11b, который обеспечивает скорость соединения до 11 Мбит/с. Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом 802.11b. Обратная совместимость стандарта IEEE 802.11g может быть реализована в режиме модуляции DSSS, и тогда скорость соединения будет ограничена одиннадцатью мегабитами в секунду либо в режиме модуляции OFDM, при котором скорость может достигать 54 Мбит/с. Таким образом, данный стандарт является наиболее приемлемым при построении беспроводных сетей.

Массовость беспроводных технологий связи в наше время просто поражает. Отдельной темы заслуживает технология IEEE 802.11. В городе практически невозможно найти место, где ноутбук или планшет «не нашел» хотя бы одну Wi-Fi сеть. В любом кафе, многоэтажном доме или офисе можно обнаружить несколько вещаний. Очень трудно недооценить ту нотку удобства, которую нам предоставляет эта технология.

 

Тот Wi-Fi, который мы используем сегодня, проделал большой и тернистый путь для удобства пользователя, к которому мы все с вами привыкли. Множество стандартов со своими особенностями передачи и частотными диапазонами сформировали то, без чего жизнь IT-шника или просто современного человека трудно представить. Не будем окунаться в историю, а только отметим, что на данный момент активно эксплуатируются стандарты 802.11g и 802.11n, которые работают в диапазоне 2,4 ГГц. В быту существует множество источников помех для беспроводных сетей, однако не они являются основной проблемой. Виновником большинства неудобств является сама точка Wi-Fi, а если быть точнее, то их большое количество вблизи друг друга. В виду популярности этой технологии и большой насыщенности мест вещания, пользователи могут сталкиваться с некоторыми трудностями в работе. Большое скопление беспроводных сетей может вызвать эффект накладывая частот друг на друга, что вызывает уменьшение скорости передачи или потерю соединения вовсе. Этот весомый недостаток, вызванный популяризацией беспроводной технологии, был одним из громких звоночков в WECA для внедрения стандарта IEEE 802.11ac.

Устройство IEEE 802.11.ac

Новый класс «ac» должен выйти на массовый рынок и повысить стандарты передачи информации. Более высокий уровень качества подразумевает повышенную скорость передачи данных до 433 Мбит/с.

Увеличив количество приемопередатчиков можно повысить общую производительность сети. SOHO-решения обычно несут на борту по три антенны, тем самым позволяя получить скорость до 1350 Мбит/с. Что касается обратной совместимости с прошлыми стандартами, то она реализуется, как правило, другим радиомодулем, вещающим отдельную сеть на частоте 2,4 ГГц, которая не пересекается с новой в диапазоне 5 ГГц.

 

Отличий 802.11ac от предшественника 802.11n предостаточно. Увеличенная скорость передачи достигнута за счет большей ширины канала, составляющей 80–160 МГц, в сравнении с 20–40 МГц в 802.11n. Новый стандарт также увеличил количество независимых каналов до восьми, по сравнению с четырьмя у стандарта «n». Проблем с коллизией частот стало меньше, а значит, количество одновременно работающих вблизи друг друга точек возросло.

 

Особую популярность новый стандарт связи должен завоевать в мобильных устройствах. Низкое энергопотребление, полученное в основном за счет увеличения скорости передачи и, как результат, меньшего времени обращения к радиомодулю, позитивно скажется на продолжительности времени работы устройства.

 

Наконец-то была стандартизирована технология формирования адаптивной диаграммы направленности (Beamforming). Она присутствовала и в предыдущем стандарте IEEE 802.11n, однако в «ac» набрала конкретики. Если вкратце, технология определяет помехи и формирует сигнал таким образом, чтобы «провалы» в передаче свести к минимуму.

 

Маршрутизаторов с поддержкой IEEE 802.11ac на отечественном рынке пока не сильно много. В основном представлены решения Linksys. Но и более популярные бренды начинают выпускать высокоскоростные устройства. Например, можно встретить представителей от ASUS, D-Link и Edimax, а вскоре пользователям будет доступна продукция TP-Link. Еще в апреле этого года последняя обещала уже в четвертом квартале начать продажи модели Archer C7 (AC1750). И хотя они еще не начались, мы уже можем познакомиться с новинкой.

Тестирование производительности

 

Напомним, модель TP-Link AC1750 оснащена мощным 700 МГц процессором Atheros QCA9558-AT4A, общий объем ОЗУ составляет 128 Мбайт. Wi-Fi работает в стандартах 802.11a/b/g/n/ac. Производительность беспроводной сети по протоколу 802.11n и 802.11ac мы и будем измерять в ходе нашего тестирования, с учетом несущих стен «хрущевского» дома с кирпичной кладкой.

Самый сложный тест для оборудования — третий вариант размещения. Сетевому пакету предстоит дважды пройти сквозь кирпичную стену толщиной 40 см — от клиента к роутеру и от роутера к серверу. К сожалению, данный тест не показывает максимальную производительность TP-Link AC1750 в стандарте 802.11ac. Ограничивающим фактором является использование у клиента маломощного приемника ASUS USB-AC53.

По результатам теста можно судить, что «USB-свисток» ASUS USB-AC53 показал нам разницу в скоростных показателях стандартов Wi-Fi 802.11n и 802.11ac с учетом квартирных помех. При 802.11ac максимальная скорость составила 45 Мбит/с, а вот стандарт 802.11n показал еще более низкий результат — 28 Мбит/с.

 

Скорость фиксировалась и проверялась несколькими методами:

SpeedTest mini. Программа устанавливалась на ПК-сервер, а с ПК-клиента проводился запрос на измерения скорости приема/отдачи.