Протокол Wireless Fidelityбув розроблений, страшно подумати, 1996 року. Спочатку він забезпечував користувача мінімальною швидкістю передачі даних. Але приблизно через кожні три роки впроваджувалися нові стандарти Wi-Fi. Вони збільшували швидкість прийому та передачі даних, а також злегка збільшували ширину покриття. Кожна нова версія протоколу позначається однією або двома латинськими літерами, наступними після цифр 802.11 . Деякі стандарти Wi-Fi вузькоспеціалізовані - вони ніколи в смартфонах не використовувалися. Ми ж поговоримо тільки про ті версії протоколу передачі даних, про які необхідно знати пересічному користувачеві.

Найперший стандарт у відсутності жодного літерного позначення. Він народився 1996 року і використовувався протягом трьох років. Дані повітря при застосуванні цього протоколу скачувалися зі швидкістю 1 Мбіт/с. За сучасними мірками, це надзвичайно мало. Але давайте згадаємо, що про вихід у «великий» інтернет із портативних пристроїв тоді й мови не було. У ті роки ще навіть WAP до ладу не був розвинений, інтернет-сторінки в якому рідко важили більше 20 Кб.

Загалом переваги нової технології тоді ніхто не оцінив. Стандарт використовувався в строго специфічних цілях – для налагодження обладнання, віддаленого налаштування комп'ютера та інших премудростей. Пересічні користувачі в ті часи про стільниковий телефон могли тільки мріяти, а слова "бездротова передача даних" стали зрозумілі їм лише через кілька років.

Проте низька популярність не завадила протоколу розвиватись. Поступово почали з'являтись девайси, що підвищують потужність модуля передачі даних. Швидкість за тієї ж версії Wi-Fi зросла вдвічі - до 2 Мбіт/с. Але було зрозуміло, що це межа. Тому Wi-Fi Alliance(Об'єднання з кількох великих компаній, створене в 1999 році) довелося розробляти новий стандарт, який забезпечував би більш високу пропускну здатність.

Wi-Fi 802.11a

Першим творінням Wi-Fi Alliance став протокол 802.11a, який теж не став популярним. Його відмінність в тому, що техніка могла використовувати частоту 5 ГГц. У результаті швидкість передачі зросла до 54 Мбіт/с. Проблема полягала в тому, що з частотою 2,4 ГГц, що використовувалася раніше, цей стандарт був несумісний. В результаті виробникам доводилося встановлювати подвійний приймач, щоб забезпечити роботу в мережах на обох частотах. Чи потрібно говорити, що це зовсім не компактне рішення?

У смартфонах та мобільних телефонах дана версія протоколу практично не застосовувалася. Пояснюється це тим, що приблизно через рік вийшло набагато зручніше і популярніше рішення.

Wi-Fi 802.11b

При проектуванні цього протоколу автори повернулися до частоти 2,4 ГГц, що має незаперечну перевагу - широку зону покриття. Інженерам вдалося досягти того, що гаджети навчилися передавати дані на швидкості від 5,5 до 11 Мбіт/с. Підтримку цього стандарту відразу почали отримувати всі маршрутизатори. Поступово почав з'являтися такий Wi-Fi у популярних портативних пристроях. Наприклад, його підтримкою міг похвалитися смартфон Nokia E65. Що важливо, Wi-Fi Alliance забезпечив сумісність з першою версією стандарту, завдяки чому перехідний період пройшов непомітно.

До кінця першого десятиліття 2000-х років численною технікою використовувався саме протокол 802.11b. Надаваних ним швидкостей вистачало і смартфонам, і портативним ігровим консолям, і ноутбукам. Підтримують цей протокол та практично всі сучасні смартфони. Це означає, що якщо у вас у кімнаті розташований дуже старий роутер, який не може передавати сигнал за більш сучасними версіями протоколу, смартфон мережу все ж таки розпізнає. Хоча швидкістю передачі даних ви точно будете незадоволені, тому що зараз ми використовуємо зовсім інші стандарти швидкості.

Wi-Fi 802.11g

Як вам уже стало зрозуміло, ця версія протоколу обернено сумісна з попередніми. Пояснюється це тим, що робоча частота змінилася. При цьому інженерам вдалося підвищити швидкість прийому та відправлення даних до 54 Мбіт/с. Реліз стандарту відбувся у 2003 році. Деякий час така швидкість здавалася навіть надмірною, тому багато виробників мобільників і смартфонів зволікали з його використанням. Навіщо потрібна така швидка передача даних, якщо обсяг вбудованої пам'яті у портативних пристроїв часто обмежувався 50-100 Мб, а повноцінні інтернет-сторінки на маленькому екрані просто не відображалися? І все ж таки поступово протокол завоював популярність, в основному за рахунок ноутбуків.

Wi-Fi 802.11n

Наймасштабніше оновлення стандарту відбулося 2009 року. На світ з'явився протокол Wi-Fi 802.11n. У той момент смартфони вже навчилися якісно відображати важкий веб-контент, тому новий стандарт був дуже доречним. Його відмінності від попередників полягали в швидкості і теоретичній підтримці частоти 5 ГГц (при цьому 2,4 ГГц теж нікуди не поділися). Вперше в протокол було впроваджено підтримку технології MIMO. Вона полягає у підтримці прийому та передачі даних одночасно по декількох каналах (в даному випадку - по двох). Це дозволяло теоретично добитися швидкості лише на рівні 600 Мбіт/с. Насправді ж вона рідко перевищувала 150 Мбіт/с. Давалося взнаки наявність перешкод на шляху сигналу від маршрутизатора до приймаючого пристрою, та й багато роутерів для економії позбавлялися підтримки MIMO. Так само як бюджетні пристрої все ж таки не отримували можливість роботи в частоті 5 ГГц. Їх автори пояснювали тим, що частота 2,4 ГГц на той момент ще не була сильно навантажена, у зв'язку з чим покупці роутера до ладу нічого не втрачали.

Стандарт Wi-Fi 802.11n досі активно експлуатується. Хоча багато користувачів вже відзначили низку його недоліків. По-перше, через частоту 2,4 ГГц їм не підтримується об'єднання більше двох каналів, через що теоретична межа швидкості ніколи не досягається. По-друге, в готелях, торгових центрах та інших людних місцях канали починають нашаруватись один на одного, що викликає перешкоди – інтернет-сторінки та контент вантажаться дуже повільно. Усі ці проблеми вирішив реліз наступного стандарту.

Wi-Fi 802.11ac

На момент написання статті найновіший і найшвидший протокол. Якщо попередні види Wi-Fi працювали в основному в частоті 2,4 ГГц, що має ряд обмежень, тут використовуються строго 5 ГГц. Це майже вдвічі знизило ширину покриття. Втім, виробники маршрутизаторів вирішують цю проблему встановленням спрямованих антен. Кожна з них надсилає сигнал у свій бік. Однак деяким людям це все ж здасться незручним з таких причин:

• Роутери виходять громіздкими, тому що в їх складі присутні чотири або навіть більше антен;
• Бажано встановлювати маршрутизатор десь посередині між усіма приміщеннями, що обслуговуються;
• Роутери з підтримкою Wi-Fi 802.11ac споживають більше електрики, ніж старі та бюджетні моделі.

Головна перевага нового стандарту полягає в десятикратному зростанні швидкості та розширеній підтримці технології MIMO. Відтепер об'єднуватись можуть до восьми каналів! Через війну теоретичний потік даних становить 6,93 Гбіт/с. На практиці швидкості набагато нижче, але навіть їх цілком вистачає для того, щоб подивитися на пристрої якийсь 4K-фільм онлайн.

Деяким людям можливості нового стандарту видаються зайвими. Тому багато виробників не впроваджують його підтримку у бюджетні смартфони. Не завжди протокол підтримується і навіть досить дорогими девайсами. Наприклад, його підтримки не містить Samsung Galaxy A5 (2016), який навіть після зниження цінника неможливо віднести до бюджетного сегменту. Дізнатися, які стандарти Wi-Fi підтримує ваш смартфон або планшет, досить просто. Для цього перегляньте його повні технічні характеристики в інтернеті, або запустіть

Існує кілька різновидів WLAN-мереж, які відрізняються схемою організації сигналу, швидкостями передачі даних, радіусом охоплення мережі, а також характеристиками радіопередавачів та приймальних пристроїв. Найбільшого поширення набули бездротові мережі стандарту IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, IEEE 802.11ac та інші.

Першими у 1999 р. були затверджені специфікації 802.11a та 802.11b, проте найбільшого поширення набули пристрої, виконані за стандартом 802.11b.

Стандарт Wi-Fi 802.11b

Стандарт 802.11bзаснований на методі широкосмугової модуляції із прямим розширенням спектру (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Весь робочий діапазон ділиться на 14 каналів, рознесених на 25 МГц, щоб виключити взаємних перешкод. Дані передаються одним із цих каналів без перемикання інші. Можливе одночасне використання лише 3 каналів. Швидкість передачі може автоматично змінюватися залежно від рівня перешкод і відстані між передавачем і приймачем.

Стандарт IEEE 802.11b реалізує максимальну теоретичну швидкість передачі 11 Мбіт/с, що можна порівняти з кабельною мережею 10 BaseT Ethernet. Слід враховувати, що така швидкість можлива під час передачі даних одним WLAN-пристроєм. Якщо в середовищі одночасно функціонує більше абонентських станцій, то смуга пропускання розподіляється між усіма і швидкість передачі даних на одного користувача падає.

Стандарт Wi-Fi 802.11a

Стандарт 802.11aбув прийнятий у 1999 році, проте знайшов своє застосування лише з 2001 року. Цей стандарт використовується в основному в США та Японії. У Росії її і Європі він не набув широкого поширення.

У стандарті 802.11a застосовується схема модуляції сигналу - мультиплексування з поділом по ортогональних частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Основний потік даних поділяється на кілька паралельних субпотоків з відносно низькою швидкістю передачі, і потім їх модуляції застосовується відповідне число несучих. Стандартом визначено три обов'язкові швидкості передачі даних (6, 12 та 24 Мбіт/с) та п'ять додаткових (9, 18, 24, 48 та 54 Мбіт/с). Також є можливість одночасного використання двох каналів, що підвищує швидкість передачі в 2 рази.

Стандарт Wi-Fi 802.11g

Стандарт 802.11gостаточно було затверджено у червні 2003р. Він є подальшим удосконаленням специфікації IEEE 802.11b та ​​реалізує передачу даних у тому ж частотному діапазоні. Головною перевагою цього стандарту є підвищена пропускна здатність - швидкість передачі в радіоканалі досягає 54 Мбіт/с проти 11 Мбіт/с у 802.11b. Як і IEEE 802.11b, нова специфікація функціонує в діапазоні 2,4 ГГц, проте для підвищення швидкості використовується та ж схема модуляції сигналу, що і в 802.11a - частотне ортогональне мультиплексування (OFDM).

Стандарт 802.11g сумісний із 802.11b. Так, адаптери 802.11b можуть працювати в мережах 802.11g (але при цьому не швидше 11 Мбіт/с), а адаптери 802.11g можуть знижувати швидкість передачі даних до 11 Мбіт/с для роботи в старих мережах 802.11b.

Стандарт Wi-Fi 802.11n

Стандарт 802.11 n був ратифікований 11 вересня 2009 року. Він збільшує швидкість передачі даних практично в 4 рази в порівнянні з пристроями стандартів 802.11g (максимальна швидкість яких дорівнює 54 Мбіт/с) за умови використання в режимі 802.11n з іншими пристроями 802.11n. Максимальна теоретична швидкість передачі становить 600 Мбіт/с, застосовуючи передачу даних відразу з чотирьох антен. За однією антеною – до 150 Мбіт/с.

Пристрої 802.11n функціонують у частотних діапазонах 2,4 – 2,5 чи 5,0 ГГц.

В основі стандарту IEEE 802.11n лежить технологія OFDM-MIMO. Більшість функціонала запозичено зі стандарту 802.11a, проте стандарті IEEE 802.11n є ​​можливість застосування як частотного діапазону, прийнятого для стандарту IEEE 802.11a, так і частотного діапазону, прийнятого для стандартів IEEE 802.11b/g. Таким чином, пристрої, що підтримують стандарт IEEE 802.11n, можуть функціонувати в частотному діапазоні 5 або 2,4 ГГц, причому конкретна реалізація залежить від країни. Для Росії пристрої стандарту IEEE 802.11n підтримуватимуть частотний діапазон 2,4 ГГц.

Збільшення швидкості передачі в стандарті IEEE 802.11n досягається за рахунок подвоєння ширини каналу з 20 до 40 МГц, а також внаслідок реалізації технології MIMO.

Стандарт Wi-Fi 802.11ac

Стандарт 802.11ас є подальшим розвитком технологій, введених у стандарт 802.11n. У специфікаціях пристрою стандарту 802.11ас віднесені до класу VHT (Very High Throughput) – дужевисокою пропускною спроможністю. Мережі стандарту 802.11ас працюють виключно в діапазоні 5 ГГц. Смуга радіоканалу може становити 20, 40, 80 та 160 МГц. Можливе також об'єднання двох радіоканалів 80+80 МГц.

Порівняння 802.11n та 802.11ac

Джерела:

1. О.М. Степутін, А.Д. Миколаїв.Мобільний зв'язок на шляху до 6G . У 2 Т. - 2-ге вид. - Москва-Вологда: Інфра-Інженерія, 2018. - 804с. : іл.

2. А.Є. Рижков, В. А. Лаврухін Гетерогенні мережі радіодоступу: навчальний посібник. - СПб. : СПбГУТ, 2017. - 92 с.

Стандарти бездротових мереж

Сьогодні ми розглянемо всі існуючі стандарти IEEE 802.11, які наказують використання певних методів та швидкостей передачі даних, методів модуляції, потужності передавачів, смуг частот, на яких вони працюють, методів аутентифікації, шифрування та багато іншого.

З самого початку склалося так, що деякі стандарти працюють на фізичному рівні, деякі - на рівні середовища передачі даних, а інші - на більш високих рівнях моделі взаємодії відкритих систем.

Існують такі групи стандартів:

IEEE 802.11а, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n та IEEE 802.11ac дописують роботу мережевого обладнання (фізичний рівень).
Стандарт IEEE 802.11d, IEEE 802.11e, IEEE 802.11i, IEEE 802.11j, IEEE 802.11h та IEEE.
802.11r - параметри середовища, частоти радіоканалу, засоби безпеки, способи передачі мультимедійних даних і т.д.
IEEE 802.11f IEEE 802.11с - принцип взаємодії точок доступу між собою, роботу радіомістів і т.п.

IEEE 802.11

Стандарт IE ЇЇ 802.11був «первістком» серед стандартів бездротової мережі. Роботу над ним розпочали ще 1990 року. Як і належить, цим займалася робоча група з IEEE, метою якої було створення єдиного стандарту для радіообладнання, яке працювало на частоті 2,4 ГГц. При цьому ставилося завдання досягти швидкості 1 та 2 Мбіт/с при використанні методів DSSS та FHSS відповідно.

Робота над створенням стандарту закінчилася за 7 років. Мета була досягнута але швидкість. яку забезпечував новий стандарт, виявилася занадто малою для сучасних потреб. Тому робоча група з IEEE розпочала розробку нових, більш швидкісних стандартів.
Розробники стандарту 802.11 враховували особливості стільникової архітектури системи.

Чому стільниковий? Дуже просто: досить згадати, що хвилі поширюються у різні боки на певний радіус. Виходить, зовні зона нагадує соту. Кожна така стільника працює під управлінням базової станції, якою виступає точка доступу. Часто соту називають базовою зоною обслуговування.

Щоб базові зони обслуговування могли спілкуватися між собою, є спеціальна розподільча система (Distribution System. DS). Недоліком розподільчої системи стандарту 802.11 є неможливість роумінгу.

Стандарт IEEE 802.11передбачає роботу комп'ютерів без точки доступу у складі однієї стільники. І тут функції точки доступу виконують самі робочі станції.

Цей стандарт розроблено та орієнтовано на обладнання, що функціонує в смузі частот 2400-2483,5 МГц.При цьому стільниковий радіус досягає 300 м, не обмежуючи топологію мережі.

IEEE 802.11а

IEEE 802.11aце один із перспективних стандартів бездротової мережі, який розрахований на роботу у двох радіодіапазонах - 2,4 та 5 ГГц. Метод OFDM, що використовується, дозволяє досягти максимальної швидкості передачі даних 54 Мбнт/с. Крім цієї, специфікаціями передбачені й інші швидкості:

• обов'язкові 6. 12 н 24 Мбнт/с;
• необов'язкові – 9, 18.3G. 18 та 54 Мбнт/с.

Цей стандарт також має свої переваги та недоліки. З переваг можна відзначити такі:

• використання паралельної передачі;
• висока швидкість передачі;
• можливість підключення великої кількості комп'ютерів

Недоліки стандарту IEEE 802.1 1a такі:

• менший радіус мережі при використанні діапазону 5 ГГц (приблизно 100 м): J велика споживана потужність радіопередавачів;
• більш висока вартість обладнання порівняно з іншими стандартами;
• для використання діапазону 5 ГГц потрібна наявність спеціальної роздільної здатності.

Для досягнення високих швидкостей передачі даних стандарт IEEE 802.1 1a використовує у своїй роботі технологію квадратурної амплітудної модуляції QAM.

IEEE 802.11b

Робота над стандартом IEEE 802 11b(інша назва IFEE 802.11 High rate, висока пропускна спроможність) була закінчена в 1999 році, і саме ним пов'язана назва Wi-Fi (Wireless Fidelity, бездротова точність).

Робота даного стандарту ґрунтується на методі прямого розширення спектру (DSSS) з використанням восьмирозрядних послідовностей Уолша. У цьому кожен біт даних кодується з допомогою послідовності додаткових кодів (ССК). Це дозволяє досягти швидкості передачі 11 Мбіт/с.

Як і базовий стандарт, IEEE 802.11b працює із частотою 2.4 ГГц,використовуючи не більше трьох каналів, що не перекриваються. Радіус дії мережі становить близько 300 м.

Відмінною особливістю цього стандарту є те, що при необхідності (наприклад, при погіршенні якості сигналу, великої віддаленості від точки доступу. різних перешкод) швидкість передачі даних може зменшуватися аж до 1 Мбнт/с. Навпаки, виявивши, що якість сигналу покращилася, мережне обладнання автоматично підвищує швидкість передачі до максимальної. Цей механізм називається динамічним зсувом швидкості.

Окрім обладнання стандарту IEEE 802.11b. часто зустрічалося обладнання IEEE 802.11Ь*. Відмінність між цими стандартами полягає лише швидкості передачі даних. У разі вона становить 22 Мбіт/с завдяки використанню методу двійкового пакетного згорткового кодування (Р8СС).

IEEE 802.11d

Стандарт IEEE 802.11dвизначає параметри фізичних каналів та мережевого обладнання. Він визначає правила, що стосуються дозволеної потужності випромінювання передавачів у діапазонах частот, допустимих законами.

Цей стандарт є дуже важливим, оскільки для роботи мережевого обладнання використовуються радіохвилі. Якщо вони не відповідатимуть зазначеним параметрам. Це можуть перешкодити іншим пристроям. працюючим у цьому чи прилеглому діапазоні частот.

IEEE 802.11е

Оскільки мережі можуть передаватися дані різних форматів і важливості, існує потреба в механізмі, який би визначав їх важливість і надавав необхідний пріоритет. За це відповідає стандарт IEEE 802.11е,розроблений з метою передачі потокових відео- або аудіоданих з гарантованою якістю та доставкою.

IEEE 802.11f

Стандарт IEEE 802.11fрозроблений з келлю забезпечення автентифікації мережного обладнання (робочої станції) при переміщенні комп'ютера користувача від точки доступу до іншої, тобто між сегментами мережі. При цьому набуває чинності протокол обміну службовою інформацією IAPP (Inter-Access Point Protocol), який необхідний передачі даних між точками доступу При цьому досягається ефективна організація роботи розподілених бездротових мереж.

IEEE 802.11g

Другим за популярністю на сьогоднішній день стандартом можна вважати стандарт IEEE 802.11g.Метою створення цього стандарту було досягнення швидкості передачі даних 54 Мбіт/с.
Як і IEEE 802.11b. стандарт IEEE 802.11g розроблений для роботи у частотному діапазоні 2,4 ГГц. IEEE 802.11g пропонує обов'язкові та можливі швидкості передачі даних:

• обов'язкові -1; 2; 5,5; 6; 11; 12 та 24 Мбіт/с;
• можливі - 33; 36; 48 н 54 Мбіт / с.

Для досягнення таких показників використовується кодування за допомогою послідовності додаткових кодів (СБК). метод ортогонального частотного мультиплексування (OFDM), метод гібридного кодування (ССК-OFDM) та метод двійкового пакетного згорткового кодування (РВСС).

Варто зазначити, що однієї і тієї ж швидкості можна досягти різними методами, проте обов'язкові швидкості передачі досягаються лише за допомогою методів СБК OFDM, а можливі швидкості за допомогою методів ССК-OFDM та РВСС.

Перевагою обладнання стандарту IEEE 802.11g є сумісність із обладнанням IEEE 802.11b. Ви зможете легко використовувати комп'ютер із мережевою картою стандарту IEEE. 802.11b для роботи з точкою доступу стандарту IEEE 802.11g. і навпаки. Крім того, споживана потужність обладнання цього стандарту є набагато нижчою, ніж аналогічного обладнання стандарту IEEE 802.11а.

IEEE 802.11h

Стандарт IEEE 802.11hрозроблено з метою ефективного управління потужністю випромінювання передавача, вибором несучої частоти передачі та генерації необхідних звітів. Він вносить деякі нові алгоритми до протоколу доступу до середовища МАС(Media Access Control, керування доступом до середовища), а також у фізичний рівень стандарту IEEE 802.11a.

Насамперед це пов'язано з тим, що в деяких країнах діапазон 5 ГГцвикористовується для трансляції супутникового телебачення, для радарного стеження за об'єктами тощо, що може вносити перешкоди в роботу передавачів бездротової мережі.

Сенс роботи алгоритмів стандарту IEEE 802.11h у тому. що при виявленні відбитих сигналів (інтерференції) комп'ютери бездротової мережі (або передавачі) можуть динамічно переходити до іншого діапазону, і навіть знижувати чи підвищувати потужність передавачів. Це дозволяє ефективніше організувати роботу вуличних та офісних радіомереж.

IEEE 802.11i

Стандарт IEEE 802.11iрозроблений спеціально для підвищення безпеки роботи бездротової мережі. З цією метою створені різні алгоритми шифрування та аутентифікації, функції захисту при обміні інформацією, можливість генерування ключів і т. д.:

• AES(Advanced Encryption Standard, передовий алгоритм шифрування даних) - алгоритм шифрування, який дозволяє працювати з ключами довжиною 128. 15)2 та 256 біт;
• RADIUS(Remote Authentication Dial-In User Service, служба дистанційної аутентифікації користувача) - система аутентифікації з можливістю генерування ключів для кожної сесії та управління ними. що включає в себе алгоритми перевірки справжності пакетів і т.д.;
• TKIР(Temporal Key Integrity Protocol, протокол цілісності тимчасових ключів) – алгоритм шифрування даних;
• WRAP(Wireless Robust Authenticated Protocol, стійкий бездротовий протокол аутентифікації) - алгоритм шифрування даних;
• РСМР(Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) - алгоритм шифрування даних.

IEEE 802.11 j

Стандарт IEEE 802.11jрозроблений спеціально для використання бездротових мереж у Японії, а саме для роботи у додатковому діапазоні радіочастот 4.9-5 ГГц.Специфікація призначена для Японії та розширює стандарт 802.11а додатковим каналом 4.9 ГГц.

На даний момент частота 4,9 ГГц розглядається як додатковий діапазон для використання у США. З офіційних джерел відомо, що цей діапазон готується до використання органами громадської та національної безпеки.
Цей стандарт розширює діапазон роботи пристроїв стандарту IEEE 802.11a.

IEEE 802.11n

На сьогоднішній день стандарт IEEE 802.11nнайпоширеніший із усіх стандартів, що стосуються бездротових мереж.

В основі стандарту 802.11n:

• Збільшення швидкості передачі;
• Розширення зони покриття;
• Збільшення надійності передачі сигналу;
• Збільшення пропускної спроможності.

Пристрої 802.11n можуть працювати в одному з двох діапазонів 2.4 чи 5.0 ГГц.

На фізичному рівні (PHY) реалізовано вдосконалену обробку сигналу та модуляції, додано можливість одночасної передачі сигналу через чотири антени.

На мережевому рівні (MAC) реалізовано ефективніше використання доступної пропускної спроможності. Разом ці вдосконалення дозволяють збільшити теоретичну швидкість передачі даних до 600 Мбіт/с- Збільшення більш ніж у десять разів, порівняно з 54 Мбіт/с стандарту 802.11a/g (в даний час ці пристрої вже вважаються застарілими).

Насправді, продуктивність бездротової локальної мережі залежить від численних факторів, таких як середовище передачі даних, частота радіохвиль, розміщення пристроїв та їх конфігурація.

При використанні пристроїв стандарту 802.11n дуже важливо зрозуміти, які саме вдосконалення були реалізовані в цьому стандарті, на що вони впливають, а також як вони поєднуються і співіснують з мережами застарілого стандарту 802.11a/b/g бездротових мереж.

Важливо зрозуміти, які додаткові особливості стандарту 802.11n реалізовані та підтримуються в нових бездротових пристроях.

Одним із основних моментів стандарту 802.11n є ​​підтримка технології. MIMO(Multiple Input Multiple Output, Багатоканальний вхід/вихід).
За допомогою технології MIMO реалізована здатність одночасного прийому/передачі кількох потоків даних через кілька антен замість однієї.

Стандарт 802.11nвизначає різні антенні конфігурації «МхN», починаючи з «1х1»до «4х4»(Найпоширеніші на сьогодні це конфігурації «3х3» або «2х3»). Перше число (М) визначає кількість передаючих антен, а друге число (N) визначає кількість приймальних антен.

Наприклад, точка доступу з двома передаючими та трьома приймальними антенами є "2х3" MIMO-пристроєм. Надалі я докладніше опишу цей стандарт

IEEE 802.11г

У жодному бездротовому стандарті до ладу не описані правила роумінгу, тобто переходу клієнта від однієї зони до іншої. Це мають намір зробити у стандарті IEEE 802.11г.

Стандарт IEEE 802.11ac

Він обіцяє гігабітні бездротові швидкості для споживачів.

Початковий проект технічної специфікації 802.11acпідтвердили робочою групою (TGac) минулого року. У той час як ратифікація Wi-Fi Allianceочікується наприкінці цього року. Незважаючи на те, що стандарт 802.11acпоки що в стадії проекту і ще має бути ратифіковано Wi-Fi Alliance та IEEE. Ми вже починаємо бачити продукти гігабітного Wi-Fi, доступні на ринку.

Характеристики нового покоління Wi-Fi 802.11ac:

WLAN 802.11acвикористовує цілу низку нових методів для досягнення величезного приросту продуктивності до теоретично підтримує гігабітний потенціал та забезпечення високих пропускних здібностей, таких як:

• 6GHzсмуга
• Висока густина модуляції до 256 QAM.
• Більш широкі смуги пропускання – 80MHz для двох каналів або 160MHz для одного каналу.
• До восьми Multiple Input Multiple Output просторових потоків.

Розраховані на багато користувачів MIMO низького енергоспоживання 802.11ac ставлять нові проблеми для розробки інженерів, що працюють зі стандартом. Далі ми обговоримо ці проблеми та доступні рішення, які допоможуть розробці нових продуктів, що базуються на цьому стандарті.

Ширша смуга пропускання:

802.11ac має більшу смугу пропускання 80 MHz або навіть 160 MHz порівняно з попереднім до 40 MHz у стандарті 802.11n. Більш широка смуга пропускання призводить до поліпшення максимальної пропускної спроможності цифрових систем зв'язку.

Серед найбільш складних завдань проектування та виробництва – генерація та аналіз сигналів широкої смуги пропускання для 802.11ac. Потрібне тестування обладнання, здатного обробляти 80 або 160 MHz для перевірки передавачів, приймачів та компонентів.

Для генерації 80 MHz сигналів, багато генераторів RF сигналів не мають достатньо високої частоти дискретизації для підтримки типового мінімуму 2X співвідношення пере дискретизації, які дадуть в результаті необхідні образи сигналів. Використовуючи правильні фільтрації та передискретизації сигналу з Waveform файлу, можливо генерувати 80 MHz сигнали з хорошими спектральними характеристиками та EVM.

Для створення сигналів 160 MHzв широкому діапазоні генератор хвильових сигналів довільної форми (AWG). Такі як Agilent 81180A, 8190A можна використовуватиме створення аналогових I/Q сигналів.

Ці сигнали можна застосувати до зовнішнього I/Q. Як входи векторного генератора сигналів перетворення частоти RF. Крім того, можна створити 160 MHz сигнали з використанням 80 +80 MHz режиму, що підтримує стандарт для створення двох сегментів 80 MHz в окремих MCG або ESG генераторах сигналу, потім об'єднавши радіосигнали.

MIMO:

MIMOє використанням кількох антен підвищення продуктивності системи зв'язку. Ви могли бачити деякі Wi-Fi точки доступу, що мають більше однієї антени. Які стирчать із них — ці маршрутизатори використовують технологію MIMO.

Перевіркою MIMO конструкцій є зміна. Багатоканальний генерації та аналіз сигналів можна використовувати для уявлення про продуктивність пристроїв MIMO. І надання допомоги в усуненні несправностей та перевірки проектів.

Підсилювач Лінійності:

Підсилювач Лінійності є характеристикою та підсилювачем. За допомогою якого вихідний сигнал підсилювача залишається вірним вхідному сигналу у міру зростання. Реально підсилювачі лінійності лінійні лише до межі, після якої вихід насичується.

Є багато методів для покращення лінійності підсилювача. Цифрове попередження є одним з таких техніку. Автоматизація проектування програмного забезпечення, як SystemVue забезпечує програму. Яке спрощує та автоматизує цифрового дизайну попередніх викривлень для підсилювачів потужності.

Сумісність із попередніми версіями

Хоча стандарт 802.11n використовується вже багато років. Але досі працюють багато маршрутизаторів і бездротових пристроїв більш старих протоколів. Таких як 802.11b та ​​802.11g, правда їх реально мало. Також і під час переходу до 802.11ac,будуть підтримуватися старі Wi-Fi стандарти та забезпечуватиметься зворотна сумісність.

Поки це все. Якщо у Вас ще є питання, можете сміливо написати мені,

14 вересня Інститут інженерів електроніки та електротехніки (IEEE) нарешті затвердив остаточну версію стандарту бездротового зв'язку WiFi 802.11n. Сказати, що процес прийняття специфікацій затягнувся – нічого не сказати: пристрої з підтримкою першої попередньої версії стандарту можна було купити ще наприкінці 2006 року, але працювали вони не дуже стабільно. Поширення отримали пристрої, що підтримують другу попередню версію стандарту (draft 2.0), позбавлену більшості "дитячих хвороб". У продажу вони зустрічаються вже близько двох років, і на безліч проблем з бездротовим зв'язком їхні власники не скаржаться: працюють і працюють. Причому досить швидко та стабільно.

Чим нова версія улюбленого всіма "вайфая" краща за стару? Максимальна теоретична швидкість для стандарту 802.11b – 11 Мбіт/с при частоті смуги 2,4 ГГц, для 802.11a – 54 Мбіт/с за 5 ГГц, а для 802.11g – теж 54 Мбіт/с, але за 2,4 ГГц. У 802.11n частота смуги варіюється і може становити як 2,4 ГГц, так і 5 ГГц, а гранична швидкість досягає вражаючих 600 Мбіт/с. Зрозуміло, теоретично. На практиці з 802.11n вдається вичавити "приземленіші", але все ж таки вражаючі 150 Мбіт/с. Відзначимо також, що завдяки підтримці обох частотних діапазонів досягається зворотна сумісність і з 802.11a, і 802.11b/g.

Поліпшити швидкісні показники дозволили кілька технологій. По-перше, MIMO (Multiple Input Multiple Output), суть якої в оснащенні пристроїв відразу кількома передавачами, що працюють на одній частоті, та поділу потоків даних між ними. По-друге, розробники задіяли технологію, що дозволяє використовувати не один, а два частотні канали шириною 20 MГц кожен. При необхідності вони працюють або окремо, або разом, зливаючись в один широкий 40-мегагерцевий канал. Крім того, в IEEE 802.11n застосовується схема модуляції OFDM (ортогональне частотне мультиплексування) - завдяки їй (якщо конкретно, завдяки використанню 52 піднесучих, з яких 48 призначаються безпосередньо для передачі даних, а 4 - для пілотних сигналів) швидкість передачі даних по одному просторовому потоку може досягати 65 Мбіт/с. Усього таких потоків може бути від одного до чотирьох у кожному напрямі.

Значно покращилася і ситуація із зонами покриття та стабільністю прийому. Пам'ятаєте відоме прислів'я "Одна голова – добре, а дві – краще"? Так от, тут діє той самий принцип: передавачів тепер кілька, антен теж, а значить, і ловити мережу все це господарство буде краще - опинитися поза зоною точки доступу, розташованої на сусідньому поверсі, швидше за все вже не вийде.

Ситуація у Росії

Восени Науково-дослідний інститут радіо (НДІР) підготує норми застосування апаратури для експлуатації у Росії бездротового стандарту зв'язку 802.11n. Зараз обладнання, що його підтримує, допустимо використовувати тільки в інтранет-мережах, а після прийняття НПА його буде можливо використовувати і в мережах загального користування.

На думку Дмитра Ларюшина, директора з технічної політики компанії Intel в Росії, затвердження стандарту інститутом IEEE безумовно зіграє позитивну роль у розробці та впровадженні регуляторних правил у Російській Федерації, що відкриє дорогу для імпорту та використання обладнання 802.11n у нашій країні. Варто зазначити, що протокол 11n у версії D2.0 підтримується WiFi-продуктами компанії Intel починаючи з 2007 року, але, дотримуючись прийнятих у Росії правил ввезення та використання радіоелектронних засобів, опцію 11n доводилося відключати. Починаючи з наступного року, за умови позитивного рішення ДКРЧ та впровадження НПА на цю технологію, на російський ринок поставлятимуться продукти Intel з підтримкою WiFi 11n в остаточній редакції стандарту.

Далеко не всі виробники обладнання дотримуються букви закону: деякі компанії вже давно постачають до Росії мережеве обладнання, яке підтримує стандарт 802.11n. Ніщо не заважає виробникам продавати на ринку ноутбуки, обладнані WiFi-модулями з підтримкою 802.11n, які випущені "Інтелом"

На прилавках рясніють нові пристрої на базі 802.11ac, які вже надійшли у продаж, і дуже скоро перед кожним користувачем буде стояти питання, чи варто переплачувати за нову версію Wi-Fi? Відповіді на питання щодо нової технології спробую висвітлити в даній статті.

802.11ac – передісторія

Остання офіційно затверджена версія стандарту (802.11n), перебувала в розробці з 2002 по 2009 рік, проте її так звану чорнову версію (draft) було прийнято ще в 2007 році, і як багато хто, напевно, пам'ятають, роутери з підтримкою 802.11n draft можна було знайти у продажу практично одразу після цієї події.

Розробники маршрутизаторів та інших Wi-Fi пристроїв надійшли тоді абсолютно правильно, не чекаючи на затвердження фінальної версії протоколу. Це дозволило їм на 2 роки раніше випустити пристрої, що забезпечують швидкості передачі даних до 300 Мб/с, а коли стандарт був остаточно зображений на папері і з'явилися перші 100% стандартизовані маршрутизатори, старі модулі не втратили сумісності за рахунок чорнової версії стандарту, що забезпечує сумісність. лише на рівні заліза (незначні розбіжності можна було усунути з допомогою оновлення програмної прошивки).

З 802.11ac зараз повторюється практично та сама історія, що була і з 802.11n. Терміни прийняття нового стандарту поки точно не відомі (імовірно, не раніше кінця 2013 року), але вже прийнята чорнова специфікація з великою ймовірністю гарантує, що всі випущені зараз пристрої в майбутньому без проблем запрацюють із сертифікованими бездротовими мережами.

Донедавна кожна нова версія додавала наприкінці стандарту 802.11 нову літеру (наприклад, 802.11g), і вони зростали в алфавітному порядку. Однак у 2011 році цю традицію трохи порушили та перестрибнули з версії 802.11n одразу на 802.11ac.

Draft 802.11ac було прийнято у жовтні минулого року, проте перші комерційні пристрої на його основі з'явилися буквально протягом кількох останніх місяців. Наприклад, Cisco випустила свій перший маршрутизатор із підтримкою 802.11ac наприкінці червня 2012 року.

Поліпшення в 802.11ac

Можна безперечно говорити про те, що навіть 802.11n ще не встиг розкрити себе в деяких практичних завданнях, проте це не означає, що прогрес має стояти на місці. Крім більш високої швидкості передачі даних, яка може бути задіяна лише через кілька років, кожне вдосконалення Wi-Fi приносить інші переваги: ​​підвищену стабільність сигналу, збільшений діапазон покриття, зниження енергоспоживання. Все вищезгадане справедливе і для 802.11ac, так що нижче зупинимося на кожному пункті докладніше.

802.11ac відноситься до п'ятого покоління бездротових мереж, і в розмовній мові за ним може закріпитися назва 5G WiFi, хоча офіційно воно неправильне. При створенні цього стандарту однією з основних цілей ставилося досягнення гігабітної швидкості передачі. У той час як використання додаткових, як правило, ще не задіяних каналів, дозволяє розігнати навіть 802.11n до значних 600 Мб/с (для цього будуть використовуватися 4 канали, кожен з яких працює на швидкості 150 Мб/с), гігабітну планку і не судилося взяти, і ця роль дістанеться його наступнику.

Зазначену швидкість (один гігабіт) вирішено було брати не за будь-яку ціну, а зі збереженням сумісності з попередніми версіями стандарту. Це означає, що у змішаних мережах усі пристрої працюватимуть незалежно від того, яку версію 802.11 вони підтримують.

Для досягнення цієї мети 802.11ac, як і раніше, працюватиме на частоті до 6 ГГц. Але якщо в 802.11n для цього використовувалися відразу дві частоти (2.4 і 5 ГГц), а в більш ранніх ревізіях тільки 2.4 ГГц, то AC низьку частоту викреслять і залишать лише 5 ГГц, так як саме вона більш ефективна для передачі даних.

Останнє зауваження може здатися дещо суперечливим, оскільки на частоті 2.4 ГГц сигнал краще поширюється на великі відстані, ефективніше огинаючи перешкоди. Однак цей діапазон вже зайнятий величезною кількістю «побутових» хвиль (від пристроїв Bluetooth до мікрохвильових печей та іншої домашньої електроніки), і на практиці застосування тільки погіршує результат.

Іншою причиною для відмови від 2.4 ГГц стало те, що в цьому діапазоні не вистачить спектра для розміщення достатньої кількості каналів завширшки 80-160 МГц кожен.

Слід наголосити, що, незважаючи на різні робочі частоти (2.4 і 5 ГГц), IEEE гарантує сумісність ревізії AC з більш ранніми версіями стандарту. Яким чином це досягається, докладно не пояснено, але швидше за все нові чіпи будуть використовувати 5 ГГц як базову частоту, проте при роботі зі старими пристроями, що не підтримують цей діапазон, зможуть перемикатися на нижчі частоти.

Швидкість

Помітний приріст швидкості 802.11ac буде отриманий за рахунок відразу декількох змін. Насамперед, за рахунок подвоєння ширини каналу. Якщо в 802.11n він вже був збільшений з 20 до 40 МГц, то в 802.11ac становитиме цілих 80 МГц (за замовчуванням), а в деяких випадках і 160 МГц.

У ранніх версіях 802.11 (до N специфікації) усі дані передавалися лише до одного потоку. У N їх число може становити 4, хоча досі найчастіше використовуються лише 2 канали. Насправді це означає, що сумарна максимальна швидкість обчислюється як добуток максимальної швидкості кожного каналу з їхньої кількість. Для 802.11n отримуємо 150 х 4 = 600 Мб/с.

У 802.11ac пішли далі. Тепер число каналів збільшено до 8, і максимально можливу швидкість передачі у кожному конкретному випадку можна дізнатися залежно від ширини. При 160 МГц виходить 866 Мб/с, і, помноживши цю цифру на 8, отримуємо максимальну теоретичну швидкість, яку може забезпечити стандарт, тобто майже 7 Гб/с, що у 23 рази швидше ніж дає 802.11n.

Гігабітну, а тим більше 7-гігабітну швидкість передачі даних спочатку зможуть забезпечити далеко не всі чіпи. Перші моделі маршрутизаторів та інших Wi-Fi пристроїв працюватимуть на скромніших швидкостях.

Наприклад, вже згаданий перший 802.11ac роутер Cisco хоч і перевершує можливості 802.11n, проте також не вибрався з «догігабітного» діапазону, демонструючи лише 866 Мб/с. При цьому йдеться про старшу з двох доступних моделей, а молодша забезпечує лише 600 Мб/c.

Втім, помітно нижче цих показників швидкості також не будуть падати навіть у пристроях початкового рівня, оскільки мінімальна можлива швидкість передачі даних, згідно зі специфікаціями, становить для AC 450 Мб/c.

Економне енергоспоживання
Економне витрачання енергії стане однією з найсильніших сторін AC. Чіпи на базі цієї технології вже пророкують у всі мобільні пристрої, стверджуючи, що це підвищить автономність не тільки за рівної, але і за більш високої швидкості передачі даних.

На жаль, до виходу перших пристроїв більш точні цифри отримати навряд чи вдасться, а коли нові моделі будуть на руках, порівняти збільшену автономність можна буде лише приблизно, зважаючи на те, що на ринку навряд чи буде два однакових смартфони, які відрізняються лише бездротовим модулем. Очікується, що масово такі пристрої почнуть з'являтися у продажу ближче до кінця 2012 року, хоча перші ластівки вже видно на горизонті, наприклад ноутбук Asus G75VW, представлений на початку літа.

За словами Broadcom, нові пристрої до 6 разів енергоефективніші у порівнянні з їх аналогами на базі 802.11n. Швидше за все, виробник мережного обладнання посилається на деякі екзотичні умови тестування, і середня цифра економії буде набагато нижчою за наведену, але все одно повинна помітно проявлятися у вигляді додаткових хвилин, а можливо, і годин роботи мобільних пристроїв.

Зросла автономність, як часто буває, перестав бути у разі маркетинговим ходом, оскільки прямо випливає з особливостей роботи технології. Наприклад, той факт, що дані будуть передаватися на більшій швидкості, є причиною зниження витрати енергії. Оскільки той же обсяг даних може бути отриманий за менший час, бездротовий модуль буде вимкнено раніше і, отже, перестане звертатися до батареї.

Формування спрямованого сигналу (Beamforming)
Ця методика формування сигналу могла застосовуватися ще 802.11n, проте на той момент її не стандартизували, і при використанні мережевого обладнання від різних виробників вона, як правило, працювала неправильно. У 802.11ac всі аспекти роботи бімформінгу уніфіковані, тому він буде застосовуватися на практиці набагато частіше, хоча все ще залишається опціональним.

Названа методика вирішує проблему падіння потужності сигналу, викликану його відображенням від різних предметів та поверхонь. При досягненні приймача всі ці сигнали приходять зі зсувом фази, і таким чином зменшують сумарну амплітуду.

Бімформінг вирішує цю проблему в такий спосіб. Передавач приблизно визначає розташування приймача і, керуючись цією інформацією, формує сигнал нестандартним чином. У звичайному режимі роботи сигнал від приймача розходиться рівномірно на всі боки, а при бімформінгу направляється в строго певному напрямку, що досягається за допомогою декількох антен.

Бімформінг не тільки покращує розповсюдження сигналу на відкритій території, але також допомагає пробивати стіни. Якщо раніше роутер не
«дістав» у сусідню кімнату або забезпечував вкрай нестабільний зв'язок з низькою швидкістю, то з AC якість прийому в тій самій точці буде набагато кращою.

802.11ad

802.11ad, як і 802.11ac, має друге, легше запам'ятовування, але неофіційне ім'я – WiGig.

Незважаючи на назву, ця специфікація не буде наступною за 802.11ac. Обидві технології почали розвивати одночасно і головна мета (подолання гігабітного бар'єру) у них одна. Різні лише підходи. Якщо AC прагне зберегти сумісність з попередніми розробками, AD починає з чистого аркуша паперу, що багато в чому спрощує його реалізацію.

Головною відмінністю між технологіями, що суперничають, стане робоча частота, з якої випливають всі інші особливості. Для AD вона набагато вище в порівнянні з AC і становить 60 ГГц замість 5 ГГц.

У зв'язку з цим робочий діапазон (зона покрита сигналом) також зменшиться, проте в ньому буде набагато менше інтерференцій, оскільки 60 ГГц використовуються рідше в порівнянні з робочою частотою 802.11ac, не говорячи вже про 2.4 ГГц.

На яких саме дистанціях 802.11ad пристрої бачитимуть один одного, сказати поки що складно. Не уточнюючи цифр, офіційні джерела говорять про «щодо невеликих дистанцій у межах однієї кімнати». Відсутність на шляху сигналу стін та інших серйозних перешкод також є обов'язковою та необхідною умовою для роботи. Очевидно, що йдеться про кілька метрів, і символічно, якби межею стало б те саме обмеження, що й для Bluetooth (10 метрів).

Невеликий радіус передачі стане причиною того, що технології AC та AD не конфліктуватимуть між собою. Якщо перша націлена на бездротові мережі для будинків та офісів, то друга використовуватиметься з іншою метою. В яких саме питання все ще відкритий, але вже є чутки про те, що AD нарешті прийде на зміну Bluetooth, який не справляється зі своїми обов'язками через вкрай низьку за нинішніми мірками швидкість передачі даних.

Стандарт також позиціонують для «заміни провідних з'єднань» – цілком можливо, що в найближчому майбутньому він стане відомий як «бездротовий USB» і буде застосовуватись для підключення принтерів, жорстких дисків, можливо моніторів та іншої периферії.

Поточна Draft версія AD вже випередила свою початкову мету (1 Гб/c), і максимальна швидкість передачі в ній становить 7 Гб/с. При цьому технологія дозволяє поліпшити ці показники, залишаючись в рамках стандарту.

Що 802.11ac означає для простих користувачів

Навряд чи на момент стандартизації технології інтернет-провайдери вже почнуть пропонувати тарифні плани, для розкриття яких необхідна потужність 802.11ac. Отже, реальне застосування більш швидкісному Wi-Fi спочатку можна буде знайти тільки в домашніх мережах: швидка передача файлів між пристроями, перегляд HD-фільмів при одночасному завантаженні мережі іншими завданнями, бекап даних на зовнішні жорсткі диски, підключені безпосередньо до роутера.

802.11ac вирішує не лише проблему зі швидкістю. Велика кількість підключених до роутера пристроїв вже зараз може створювати проблеми, навіть якщо пропускна спроможність бездротової мережі використовується не максимум. Враховуючи, що кількість таких пристроїв у кожній родині буде тільки зростати, думати над проблемою треба вже зараз, і AC є її рішенням, дозволяючи одній мережі працювати з великою кількістю бездротових пристроїв.

Найшвидше AC пошириться серед мобільних пристроїв. Якщо новий чіп забезпечуватиме хоча б 10% приріст автономності, його використання повністю виправдає себе навіть за невеликого збільшення ціни пристрою. Перші смартфони та планшети на базі технології AC, швидше за все, варто чекати ближче до кінця року. Як уже згадувалося, ноутбук з 802.11ac вже випущений, проте, наскільки відомо, це поки що єдина модель на ринку.

Як і передбачалося, вартість перших AC-роутерів виявилася досить високою, і різкого падіння цін найближчими місяцями навряд варто чекати, особливо якщо згадати, як ситуація розвивалася з 802.11n. Проте вже на початку наступного року маршрутизатори коштуватимуть менше ніж $150-200, які виробники просять за свої перші моделі прямо зараз.

Згідно з інформацією, що просочується невеликими дозами, Apple в черговий раз буде серед перших адептів нової технології. Wi-Fi завжди був ключовим інтерфейсом для всіх пристроїв компанії, наприклад, 802.11n знайшов свій шлях в техніку Apple відразу після затвердження спеціфікації Draft в 2007 році, тому не дивно, що 802.11ac також готується до швидкого дебюту в складі багатьох пристроїв Apple: ноутбуки, Apple TV, AirPort, Time Capsule і, можливо, iPhone/iPad.

На завершення варто нагадати, що всі згадані швидкості є максимально теоретично досяжними. І так само, як 802.11n насправді працює повільніше 300 Мб/с, реальні граничні швидкості для AC також будуть нижчими від того, що вказано на пристрої.

Продуктивність у кожному випадку буде сильно залежати від обладнання, наявності інших бездротових пристроїв, конфігурації приміщення, але орієнтовно, роутер з написом 1.3 Гб/с зможе передавати інформацію не швидше 800 Мб/с (що, як і раніше, помітно вище теоретичного максимуму 802.11n) .