Меню

Какой стандарт wifi самый быстрый – Стандарты WiFi | Cтандарты беспроводной связи |IEEE 802.11ac | ieee 802.11 | Топология WiFi сети | Безопасность WiFi | Беспроводные технологии

Leave a comment

Содержание

Стандарты и виды Wi-Fi: скорость, отличия

Технология беспроводной передачи данных Wi-Fi совершенствуется более двадцати лет. За это время появилось большое количество стандартов, так или иначе применяемых в мобильных телефонах, смартфонах, планшетах и носимой электронике. Эта статья поможет вам разобраться в том, чем же разные стандарты отличаются друг от друга, какой из них является самым быстрым.

Протокол Wireless Fidelity был разработан, страшно подумать, в 1996 году. Первое время он обеспечивал пользователя минимальной скоростью передачи данных. Но спустя примерно каждые три года внедрялись новые стандарты Wi-Fi. Они увеличивали скорость приема и передачи данных, а также слегка увеличивали ширину покрытия. Каждая новая версия протокола обозначается одной или двумя латинскими буквами, следующими после цифр 802.11. Некоторые стандарты Wi-Fi являются узкоспециализированными — они никогда в смартфонах не использовались. Мы же поговорим только о тех версиях протокола передачи данных, о которых необходимо знать рядовому пользователю.

Wi-Fi

Самый первый стандарт не имел никакого буквенного обозначения. Он появился на свет в 1996 году и использовался в течение примерно трех лет. Данные по воздуху при применении этого протокола скачивались со скоростью 1 Мбит/с. По современным меркам это чрезвычайно мало. Но давайте вспомним, что о выходе в «большой» интернет с портативных устройств тогда и речи не было. В те годы ещё даже WAP толком не был развит, интернет-странички в котором редко весили более 20 Кб.

В целом, преимущества новой технологии тогда никто не оценил. Стандарт использовался в строго специфических целях — для отладки оборудования, удаленной настройки компьютера и прочих премудростей. Рядовые пользователи в те времена о сотовом телефоне могли только мечтать, а слова «беспроводная передача данных» стали понятны им только спустя несколько лет.

Однако низкая популярность не помешала протоколу развиваться. Постепенно начали появляться девайсы, повышающие мощность модуля передачи данных. Скорость при той же версии Wi-Fi возросла вдвое — до 2 Мбит/с. Но было понятно, что это предел. Поэтому Wi-Fi Alliance (объединение из нескольких крупных компаний, созданное в 1999 году) пришлось разрабатывать новый стандарт, который обеспечивал бы более высокую пропускную способность.

Wi-Fi 802.11a

Первым творением Wi-Fi Alliance стал протокол 802.11a, который тоже не стал сколь-либо популярным. Его отличие заключалось в том, что техника могла использовать частоту 5 ГГц. В результате скорость передачи данных выросла до 54 Мбит/с. Проблема же заключалась в том, что с использовавшейся ранее частотой 2,4 ГГц этот стандарт был несовместим. В результате производителям приходилось устанавливать двойной приемопередатчик, чтобы обеспечить работу в сетях на обеих частотах. Нужно ли говорить, что это совершенно не компактное решение?

В смартфонах и мобильных телефонах данная версия протокола практически не применялась. Объясняется это тем, что спустя примерно год вышло гораздо более удобное и популярное решение.

Wi-Fi 802.11b

При проектировании этого протокола создатели вернулись к частоте 2,4 ГГц, обладающей неоспоримым достоинством — широкой зоной покрытия. Инженерам удалось добиться того, что гаджеты научились передавать данные на скорости от 5,5 до 11 Мбит/с. Поддержку данного стандарта тут же начали получать все маршрутизаторы. Постепенно начал появляться такой Wi-Fi и в популярных портативных устройствах. Например, его поддержкой мог похвастать смартфон Nokia E65. Что немаловажно, Wi-Fi Alliance обеспечил совместимость с самой первой версией стандарта, благодаря чему переходный период прошел совершенно незаметно.

Вплоть до конца первого десятилетия 2000-х годов многочисленной техникой использовался именно протокол 802.11b. Предоставляемых им скоростей хватало и смартфонам, и портативным игровым консолям, и ноутбукам. Поддерживают этот протокол и практически все современные смартфоны. Это значит, что если у вас в комнате расположен очень старый роутер, который не может передавать сигнал по более современным версиям протокола, смартфон сеть всё же распознает. Хотя быстротой передачи данных вы точно будете недовольны, так как сейчас мы используем совсем другие стандарты скорости.

Wi-Fi 802.11g

Как вам уже стало понятно, эта версия протокола обратно совместима с предыдущими. Объясняется это тем, что рабочая частота не изменилась. При этом инженерам удалось повысить скорость приема и отправки данных до 54 Мбит/с. Релиз стандарта произошел в 2003 году. Некоторое время такая скорость казалась даже избыточной, поэтому многие производители мобильников и смартфонов медлили с его внедрением. Зачем нужна столь быстрая передача данных, если объем встроенной памяти у портативных устройств частенько ограничивался 50-100 Мб, а полноценные интернет-страницы на маленьком экране попросту не отображались? И всё же постепенно протокол завоевал популярность, в основном за счет ноутбуков.

Wi-Fi 802.11n

Самое масштабное обновление стандарта случилось в 2009 году. На свет появился протокол Wi-Fi 802.11n. В тот момент смартфоны уже научились качественно отображать тяжелый веб-контент, поэтому новый стандарт пришелся очень кстати. Его отличия от предшественников заключались в увеличившейся скорости и теоретической поддержке частоты 5 ГГц (при этом 2,4 ГГц тоже никуда не делись). Впервые в протокол была внедрена поддержка технологии MIMO. Она заключается в поддержке приема и передачи данных одновременно по нескольким каналам (в данном случае — по двум). Это позволяло в теории добиться скорости на уровне 600 Мбит/с. На практике же она редко превышала 150 Мбит/с. Сказывалось наличие помех на пути сигнала от маршрутизатора к принимающему устройству, да и многие роутеры для экономии лишались поддержки MIMO. Равно как бюджетные устройства всё же не получали возможность работы в частоте 5 ГГц. Их создатели объясняли тем, что частота 2,4 ГГц в тот момент ещё не была сильно нагружена, в связи с чем покупатели роутера толком ничего не теряли.

Стандарт Wi-Fi 802.11n до сих пор активно эксплуатируется. Хотя многие пользователи уже отметили ряд его недостатков. Во-первых, из-за частоты 2,4 ГГц им не поддерживается объединение более двух каналов, из-за чего теоретический предел скорости никогда не достигается. Во-вторых, в гостиницах, торговых центрах и прочих людных местах каналы начинают наслаиваться друг на друга, что вызывает помехи — интернет-страницы и контент грузятся очень медленно. Все эти проблемы решил релиз следующего стандарта.

Wi-Fi 802.11ac

На момент написания статьи самый новый и самый быстрый протокол. Если предыдущие виды Wi-Fi работали в основном в частоте 2,4 ГГц, имеющей ряд ограничений, то здесь используются строго 5 ГГц. Это практически вдвое снизило ширину покрытия. Впрочем, производители маршрутизаторов решают данную проблему установкой направленных антенн. Каждая из них отправляет сигнал в свою сторону. Однако некоторым людям это всё же покажется неудобным по следующим причинам:

  • Роутеры получаются громоздкими, так как в их составе присутствуют четыре или даже большее число антенн;
  • Желательно устанавливать маршрутизатор где-то посредине между всеми обслуживаемыми помещениями;
  • Роутеры с поддержкой Wi-Fi 802.11ac потребляют больше электричества, нежели старые и бюджетные модели.

Главное достоинство нового стандарта заключается в десятикратном росте скорости и расширенной поддержке технологии MIMO. Отныне объединяться могут до восьми каналов! В результате теоретический поток данных составляет 6,93 Гбит/с. На практике скорости гораздо ниже, но даже их вполне хватает для того, чтобы посмотреть на устройстве какой-нибудь 4K-фильм онлайн.

Некоторым людям возможности нового стандарта кажутся излишними. Поэтому многие производители не внедряют его поддержку в бюджетные смартфоны. Не всегда протокол поддерживается и даже достаточно дорогими девайсами. Например, его поддержки лишён Samsung Galaxy A5 (2016), который даже после снижения ценника невозможно отнести к бюджетному сегменту. Узнать о том, какие стандарты Wi-Fi поддерживает ваш смартфон или планшет, достаточно просто. Для этого посмотрите его полные технические характеристики в интернете, либо запустите один из бенчмарков.

чем отличаются и что умеют

WiFi (Wireless Fidelity) означает в примерном переводе – цифровая точность. Этот тип связи позволяет смартфонам быть тем, чем они на самом деле являются. Не просто “звонилки”, но еще и компьютер с доступом к Интернету. А еще и центральным устройством в цифровом мире. Ведь с помощью дополнительных функций Wi-FI вы можете делиться видео, фото и музыкой.

Думай о стандартах Wi-FI, как о машинах:

  1. Гоночный автомобиль не может далеко уехать на одной заправке. И уже тем более никогда не сможет перевезти больше, чем одного водителя.  Зато может ехать очень быстро.
  2. 18-колесный грузовик не может ехать очень быстро. Но он может везти большое количество груза и ехать очень далеко.
  3. Автобус не очень быстрый. Может перевозить больше, чем легковая, но меньше фуры.

Конечно, стандарты Wi-Fi – это не автомобили. Но сравнение помогает понять разницу между ними. Некоторые стандарты очень быстрые, но дальность действия маленькая. Другие – могут передавать информацию далеко, но небольшой объем.

Кто устанавливает стандарты для Wi-Fi?

Стандарты беспроводной связи Wi-FI разрабатываются в IEEE (Институт электротехники и электроники). Именно там решают, какой будет беспроводная связь сейчас и в будущем. Это некоммерческая организация, цель которой, помочь компаниям выпускать совместимые устройства.

Все стандарты потому и называются IEEE 802.11 и отличаются только одной-двумя буквами после этих цифр.

Важно! Чем дальше буква стоит в алфавите, тем быстрее работает такой стандарт Wi-FI!

Комбинация цифр и букв означает, что смартфон поддерживает различные стандарты Wi-Fi сетей.

Все стандарты Wi-FI отличаются по двум основным параметрам:
стандарты wi-fiстандарты wi-fi
  • Скорость. А именно, сколько данных может передать сеть.
  • Частота. Какую частоту радиоволны использует устройство.

Ниже приведена таблица стандартов Wi-Fi:

НазваниеСкоростьЧастотаОписание
802.11a54 Мбит/с – это максимум, но обычно от 6 до 24 Мбит/с.5 ГГцНе совместим с сетями b или g. Это один из старейших стандартов, но до сих пор используется многими устройствами.
802.11b11 Мбит/с2.4 ГГцСовместимость с сетями g. Естественно, g должен был быть обратно совместим с b, чтобы поддерживать больше устройств.
802.11dНа самом деле, D не является самостоятельным сетевым типом. Этот стандарт включает в себя дополнительную информацию, такую как информация о точках доступа и другую. Обычно идет в дополнение к другим сетям, такими как 802.11ad.
802.11g54 Мбит/с2.4 ГГцСамый популярный тип сети Wi-FI. Сочетание скорости и обратной совместимости делает его идеальным решением для современных сетей.
802.11n100 Мбит/с2.4 и 2.5 ГГцСамый быстрый тип сети Wi-FI. Обычно может достигать скорости 100 Мбит/с, хотя при идеальных условиях и до 600 Мбит/с. Результат достигается за счет одновременного использования нескольких частот и объединения этой скорости в одно целое.

Все стандарты и поколения Wi-Fi

Чтобы немного упростить для простых пользователей жизнь, производители договорились о простых названиях. При таком подходе не надо разбираться, что означают буквы и цифры у стандарта. Вот вам таблица соответствия поколений Wi-Fi и стандартов:

ПоколениеСтандарты Wi-Fi
WiFi 1802.11b
WiFi 2802.11a
WiFi 3802.11g
WiFi 4802.11n
WiFi 5802.11ac
Когда появится WiFi 6

Как вы понимаете, время не стоит на месте. И специалисты того самого института IEEE уже трудятся над поколением Wi-Fi 6. Официально его называют 802.11.x? Работать он будет на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц и будет совместим с 802.11a. Но чтобы увеличить скорость и дальность передачи данных, он также будет поддерживать частоты 1 ГГц и 7 ГГц.

Это обеспечит прирост скорости до максимальных 3 Гбит/. Ну а в реальной жизни можно будет рассчитывать на скорость передачи данных  600 Мбит/с.

Появится стандарт в 2018-19 годах. Но первые устройства, которые его поддерживают, будут намного позже.

Еще из плюшек WiFi 6 можно выделить большую безопасность. При этом устройства смогут быстрее подключаться к новым сетям Wi-FI и при этом будут хранить в тайне данные своего владельца. Это особенно важно, когда вы будете появляться со смартфоном с поддержкой Wi-Fi 6 в общественных местах. И естественно, будете там пользоваться общественными сетями.

Все стандарты Wi-FI в телефонах:

Режим работы Wi-Fi сети b/g/n/ac. Что это и как сменить в настройках роутера?

Одна из самых важных настроек беспроводной сети, это "Режим работы", "Режим беспроводной сети", "Mode" и т. д. Название зависит от маршрутизатора, прошивки, или языка панели управления. Данный пункт в настройках маршрутизатора позволяет задать определенный режим работы Wi-Fi (802.11). Чаще всего, это смешанный режим b/g/n. Ну и ac, если у вас двухдиапазонный маршрутизатор.

Чтобы определить, какой режим лучше выбрать в настройках маршрутизатора, нужно сначала разобраться, что это вообще такое и на что влияют эти настройки. Думаю, не лишним будет скриншот с этими настройками на примере роутера TP-Link. Для диапазона 2.4 и 5 GHz.

b/g/n/ac в настройках роутера

На данный момент можно выделить 4 основных режима: b/g/n/ac. Основное отличие – максимальная скорость соединения. Обратите внимание, что скорость, о которой я буду писать ниже, это максимально возможная скорость (в один канал). Которую можно получить в идеальных условия. В реальных условиях скорость соединения намного ниже.

IEEE 802.11 – это набор стандартов, на котором работают все Wi-Fi сети. По сути, это и есть Wi-Fi.

Давайте подробно рассмотрим каждый стандарт (по сути, это версии Wi-Fi):

  • 802.11a – я когда писал о четырех основных режимах, то его не рассматривал. Это один из первых стандартов, работает в диапазоне 5 ГГц. Максимальная скорость 54 Мбит/c. Не самый популярный стандарт. Ну и старый уже. Сейчас в диапазоне 5 ГГц уже "рулит" стандарт ac.
  • 802.11b – работает в диапазоне 2.4 ГГц. Скорость до 11 Мбит/с.
  • 802.11g – можно сказать, что это более современный и доработанный стандарт 802.11b. Работает так же в диапазоне 2.4 ГГц. Но скорость уже до 54 Мбит/с. Совместим с 802.11b. Например, если ваше устройство может работать в этом режиме, то оно без проблем будет подключаться к сетям, к

Все стандарты Wi-Fi сетей

Популярность Wi-Fi-соединения растёт с каждым днём, поскольку огромными темпами увеличивается спрос на этот вид сети. Смартфоны, планшеты, ноутбуки, моноблоки, телевизоры, компьютеры — вся наша техника поддерживает беспроводное подключение к интернету, без которого уже невозможно представить жизнь современного человека.

Стандарты беспроводной сети

Технологии передачи данных развиваются вместе с выпуском новой техники

Для того чтобы подобрать подходящую для ваших нужд сеть, необходимо узнать про все стандарты Wi-Fi, существующие на сегодняшний день. Компанией Wi-Fi Alliance разработано более двадцати технологий подключения, четыре из которых сегодня наиболее востребованы: 802.11b, 802.11a, 802.11g и 802.11n. Самым последним открытием производителя стала модификация 802.11ас, показатели которой в несколько раз превышают характеристики современных адаптеров.

Стандарт 802.11b

Является старшей сертифицированной технологией беспроводного подключения и отличается общей доступностью. Устройство обладает весьма скромными параметрами:

  • Скорость передачи информации — 11 Мбит/с;
  • Диапазон частот — 2,4 ГГц;
  • Радиус действия (при отсутствии объёмных перегородок) — до 50 метров.

Развитие технологий по времени

Следует отметить, что этот стандарт имеет слабую помехоустойчивость и низкую пропускную способность. Поэтому, несмотря на привлекательную цену этого Wi-Fi-подключения, его техническая составляющая значительно отстаёт от более современных моделей.

Стандарт 802.11a

Эта технология представляет собой улучшенную версию предыдущего стандарта. Разработчики сделали упор на пропускную способность устройства и его тактовую частоту. Благодаря таким изменениям, в этой модификации отсутствует влияние других устройств на качество сигнала сети.

  • Скорость передачи информации — 54 Мбит/с;
  • Диапазон частот — 5 ГГц;
  • Радиус действия — до 30 метров.

Описание стандарта 802.11a

Однако все преимущества стандарта 802.11a компенсированы в равной степени его недостатками: уменьшенным радиусом подключения и высокой (по сравнению с 802.11b) ценой.

Стандарт 802.11g

Обновлённая модификация выходит в лидеры сегодняшних стандартов беспроводных сетей, поскольку поддерживает работу с распространённой технологией 802.11b и, в отличие от неё, имеет достаточно высокую скорость соединения.

  • Скорость передачи информации — 54 Мбит/с;
  • Диапазон частот — 2,4 ГГц;
  • Радиус действия — до 50 метров.

Сравнение технологий беспроводной связи

Как вы могли заметить, тактовая частота снизилась до 2,4 ГГц, но зона покрытия сети вернулась до прежних показателей, характерных для 802.11b. Кроме того, цена на адаптер стала более доступной, что является весомым преимуществом при выборе оборудования.

Стандарт 802.11n

Несмотря на то, что эта модификация уже давно появилась на рынке и обладает внушительными параметрами, производители до сих пор работают над её улучшением. В связи с тем, что она несовместима с предыдущими стандартами, её популярность невелика.

  • Скорость передачи информации — теоретически до 480 Мбит/с, а на практике выходит вполовину меньше;
  • Диапазон частот — 2,4 или 5 ГГц;
  • Радиус действия — до 100 метров.

Преимущества стандарта 802.11n

Так как этот стандарт до сих пор развивается, у него есть характерные особенности: он может конфликтовать с оборудованием, поддерживающим 802.11n, только потому, что производители устройств разные.

Другие стандарты

Кроме популярных технологий, производитель Wi-Fi Alliance разработал и другие стандарты для более специализированного применения. К числу таких модификаций, исполняющих сервисные функции, относятся:

  • 802.11d — делает совместимым устройства беспроводной связи разных производителей, адаптирует их к особенностям передачи данных на уровне всей страны;
  • 802.11e — определяет качество отправляемых медиафайлов;
  • 802.11f — управляет многообразием точек доступа разных производителей, позволяет одинаково работать в разных сетях;

Технологии для специального применения

  • 802.11h — предотвращает потерю качества сигнала при влиянии метеорологического оборудования и военных радаров;
  • 802.11i — улучшенная версия защиты личной информации пользователей;
  • 802.11k — следит за нагрузкой определённой сети и перераспределяет пользователей на другие точки доступа;
  • 802.11m — содержит в себе все исправления стандартов 802.11;
  • 802.11p — определяет характер Wi-Fi-устройств, находящихся в диапазоне 1 км и движущихся со скоростью до 200 км/ч;
  • 802.11r — автоматически находит беспроводную сеть в роуминге и подключает к ней мобильные устройства;
  • 802.11s — организует полносвязное соединение, где каждый смартфон или планшет может быть маршрутизатором или точкой подключения;
  • 802.11t — эта сеть тестирует весь стандарт 802.11 целиком, выдаёт способы проверки и их результаты, выдвигает требования для работы оборудования;
  • 802.11u — эта модификация известна всем по разработкам Hotspot 2.0. Она обеспечивает взаимодействие беспроводных и внешних сетей;
  • 802.11v — в этой технологии создаются решения для совершенствования модификаций 802.11;
  • 802.11y — незаконченная технология, связывающая частоты 3,65–3,70 ГГц;
  • 802.11w — стандарт находит способы усиления защиты доступа к передаче информации.

Новейший и самый технологичный стандарт 802.11ас

Устройства модификации 802.11ас предоставляют пользователям абсолютно новое качество работы в интернете. Среди преимуществ этого стандарта следует выделить следующие:

  1. Высокая скорость. При передаче данных посредством сети 802.11ас используются более широкие каналы и повышенная частота, что увеличивает теоретическую скорость до 1,3 Гбит/с. На практике пропускная способность составляет до 600 Мбит/с. Кроме того, устройство на базе 802.11ас передаёт больше данных за один такт.

Новейшая технология Wi-Fi 802.11ас

  1. Увеличенное количество частот. Модификация 802.11ас оснащена целым ассортиментом частот 5 ГГц. Новейшая технология обладает более сильным сигналом. Адаптер с высоким диапазоном охватывает полосу частот до 380 МГц.
  2. Зона покрытия сети 802.11ас. Этот стандарт предоставляет более широкий радиус действия сети. Кроме того, Wi-Fi-подключение работает даже через бетонные и гипсокартонные стены. Помехи, возникающие при работе домашней техники и соседского интернета, никак не влияют на работу вашего соединения.
  3. Обновлённые технологии. 802.11ас оснащён расширением MU-MIMO, которое обеспечивает бесперебойную работу нескольких устройств в сети. Технология Beamforming определяет устройство клиента и направляет ему сразу несколько потоков информации.

Познакомившись поближе со всеми существующими на сегодняшний день модификациями Wi-Fi-соединения, вы без труда сможете выбрать подходящую для ваших потребностей сеть. Следует напомнить, что большинство устройств содержит стандартный адаптер 802.11b, который также поддерживается технологией 802.11g. Если вы ищете беспроводную сеть 802.11ас, то количество оснащённых ею устройств сегодня невелико. Однако это весьма актуальная проблема и в скором времени всё современное оборудование перейдёт на стандарт 802.11ас. Не забудьте позаботиться о безопасности доступа в интернет, установив сложный код на своё Wi-Fi-соединение и антивирус для защиты компьютера от вирусного ПО.

Обзор стандарта 802.11ax (Wi-Fi 6), сравнение с 802.11ac и 802.11n

Рейтинг: 4.1/5 - 42 голосов

Обновлено: 02.11.2019

IEEE 802.11ax - Wi-Fi стандарт следующего поколения, также известный как Wi-Fi 6, является следующим шагом на пути эволюции беспроводных технологий. Стандарт взял все лучшее от своего предшественника Wi-Fi 5 - 802.11ac, при этом в 4 раза увеличилась пропускная способность, добавилась гибкость и масштабируемость сети. В ближайшие 10 лет IEEE 802.11ax будет основополагающим стандартом для обеспечения пользователей надежным и высокоскоростным беспроводным интернетом.

Экскурс в историю развития группы 802.11

По данным немецкого аналитического агентства на 2019 год в мире ежедневно около 15 миллиардов устройств подключается к Wi-Fi сети. Подсчитано, что уже через год это число может возрасти до 20 миллиардов.

Начиная с 2012 года, и по сегодняшний день, 802.11ac является последней действующей ревизией Wi-Fi.

Улучшения от 802.11n к 802.11ac

В стандарте 802.11ac увеличение скорости происходит за счет 3 улучшений:

  • Большая ширина канала, увеличено с максимума 40 МГц с 802.11n до 80 или даже 160 МГц (что дает увеличение скорости на 117 или 333 процента соответственно).
  • Более плотная модуляция, используется 256 квадратурно-амплитудная модуляция (QAM), по сравнению с 64-QAM в 802.11n (для увеличения скорости на 33 процента в более узких, но все еще пригодных для использования диапазонах).
  • Увеличено число приемников и передатчиков до 8, реализована схема MIMO 8x8, в то время как 802.11n остановился на четырех пространственных каналах (это еще одно увеличение скорости на 100 процентов).
Пространственные каналы в 802.11

Обратите внимание! Найти устройства с 8x8 можно только в провайдерском сегменте, но зато есть задел на будущее расширение функционала.

Конструктивные ограничения и экономичность, из-за которых продукты 802.11n находились в одном, двух или трех пространственных потоках, не сильно изменились для 802.11ac. Устройства первой волны стандарта 802.11ac построены на частоте 80 МГц и на физическом уровне работают на скорости до 433 Мбит/с (нижний уровень), 867 Мбит/с (средний уровень) или 1300 Мбит/с (верхний уровень).

802.11ас Wave 2

Устройства "второй волны" 802.11ac поддерживают большее количество каналов связи и пространственных потоков, при этом возможные конфигурации продукта работают на скорости до 3,47 Гбит/с.

Это надо знать! 802.11ac - это технология, работающая только на 5 ГГц, поэтому двухдиапазонные точки доступа и клиенты продолжают использовать 802.11n с частотой 2,4 ГГц. Однако клиенты 802.11ac работают в менее загруженной полосе 5 ГГц.

В Wave 2 добавили поддержку таких технологий как MU-MIMO (многопользовательское планирование) и Beamforming (формирование луча).

MU-MIMO означает многопользовательский, множественный вход, множественный выход и является беспроводной технологией, позволяющей взаимодействовать маршрутизаторам с несколькими пользователями одновременно.

MU-MIMO - это следующая эволюция однопользовательского MIMO (SU-MIMO), который обычно называют MIMO. Технология MIMO была создана для того, чтобы увеличить количество антенн на беспроводном маршрутизаторе, которые используются как для приема, так и для передачи, и повысить пропускную способность беспроводных соединений.На 2019 год многие устройства поддерживают MU-MIMO производитель микросхем Wi-Fi Qualcomm имеет список устройств - включая iPhone версий 6, 6 Plus и более поздних версий, которые включают в себя технологию 802.11ac MU-MIMO, а Wi-Fi Alliance имеет список из более чем 550 продуктов с использованием технологии MU-MIMO.

Больше, лучше, быстрее – новая мантра 802.11ax

Специфика 802.11ax

  • Позволяет точкам доступа обслуживать большее количество клиентов в сетях с высокой нагрузкой и поддерживает их лучшее взаимодействие в беспроводной локальной сети.
  • Обеспечивает большую производительность для high-load приложений, таких как 4K/8K видео высокой четкости.
  • Полностью беспроводные офисы и Интернет вещей (IoT).

Точки доступа 802.11ax

На рынке есть точки доступа 802.11ax, и уже сейчас можно протестировать новый стандарт Wi-Fi 6. Точки доступа, которые выпущены до начала сертификации, могут не поддерживать некоторые ключевые функции стандарта 802.11ax. Однако, когда они станут доступны, можно будет обновить программное обеспечение ТД для включения этих функций. Точно так же обстояло дело с внедрением предыдущих поколений, таких как 802.11ac и 802.11n.

Эволюция развития Wi-Fi стандартов

802.11n (2008)802.11ac (2012)802.11ax (2018)Цели проекта 802.11ax (Wi-Fi 6)
Поддержка 2.4 и 5 ГГцТолько 5 ГГцПоддержка 2.4 и 5 ГГцУлучшить взаимодействие устройств на 2.4 и 5 ГГц
Ширина каналов (40 МГц)Более широкий канал (80 и 160 МГц)Канал (80 и 160 МГц), OFDMA на прием и передачу, Опция только 20 МГц для Интернета ВещейШире канал - больше возможностей.
Модуляция (64-QAM)Улучшенная модуляция (256-QAM)Улучшенная модуляция (1024-QAM)Увеличить среднюю пропускную способность станции как минимум в 4 раза в средах с большой плотностью клиентских устройств
Дополнительные потоки (до 4)Дополнительные потоки (до 8)8 потоков, понятие "ресурсной единицы"Применение: беспроводные корпоративные офисы, уличные Хот-споты, гостиницы, стадионы, концертные залы
Формирование луча (явное и универсальное)Формирование луча (явное), MU-MIMO в нисходящем потокеФормирование луча (явное), перераспределение пространственных потоков, MU-MIMO в нисходящем и восходящем потокеУлучшенное энергосбережение на клиентских устройствах
Обратная совместимость 11a/b/gОбратная совместимость 11a/b/g/nОбратная совместимость 11a/b/g/n/acРабота внутри помещений и снаружи

16 сентября 2019 года Wi-Fi Alliance объявил об официальном запуске сертифицированной программы Wi-Fi Certified 6, которая обещает более высокую скорость беспроводного соединения, меньшую задержку, увеличенное время автономной работы и меньшую загрузку сети.

8 новых возможностей и преимущества технологии 802.11ax

  1. OFDMA работает как на прием, так и на передачу;
  2. Многопользовательский 8x8 MIMO на прием* и передачу;
  3. Выше уровень модуляции - 1024-QAM;
  4. Увеличенная длина символа OFDM, в 4 раза больше поднесущих;
  5. Работа вне помещений;
  6. Пространственное перераспределение и использование OBSS;
  7. Сниженное энергопотребление;
  8. Технология формирования луча (Beamforming) в передающем потоке*.

*- уже используется в 802.11ac

OFDMA в каналах DownLink и UpLink

OFDMA (множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов) обеспечивает возможность установления Uplink/Downlink соединений между точкой доступа и несколькими клиентами одновременно за счет выделения для отдельных клиентов подмножеств поднесущих, называемых "ресурсными единицами" (Resource Units, RU). Это одна из наиболее сложных функций в стандарте 802.11ax.

Многопользовательская версия OFDM и ресурсные единицы в 802.11ax

OFDMA в канале UpLink по работе эквивалентен OFDMA в DownLink, но в этом случае несколько клиентских устройств осуществляют передачу одновременно на разных группах поднесущих в одном и том же канале. OFDMA UpLink канала сложнее в управлении OFDMA DownLink канала, поскольку необходимо координировать множество разных клиентов: для этого точка доступа передает триггерные кадры, чтобы указать, какие подканалы может использовать каждый клиент.

Если клиент один, ТД отдаст ему весь канал, но как только в сети появятся новые клиенты, пропускная способность канала будет перераспределена между ними.

Важная особенность технологии OFDMA

Передача данных может осуществляться на тех поднесущих, которые для данного пользователя наименее подвержены частотно-селективной интерференции.Для выбора таких поднесущих каждая точка доступа отправляет отчеты о качестве передачи с использованием разных поднесущих.

Формат кадра Wi-Fi6

Каждый кадр начинается с преамбулы, которая состоит из двух частей:

  • Стандартной части, используемой для обеспечения обратной совместимости с предыдущими стандартами. Для синхронизации приемника и его настройки на принимаемый сигнал в кадре содержатся поля с символами обучающих последовательностей (LSTF и LLTF), а поле LSIG необходимо для вычисления длительности кадра.
  • Преамбулы 802.11ax, декодируется только станциями Wi-Fi 6. Новая преамбула содержит обязательное поле HE-SIG-A, опциональное поле HE-SIG-B, а также специальные обучающие последовательности для настройки MIMO.
Формат кадра Wi-Fi6

OFDMA позволяет нарезать полосу 20, 40, 80 и 160 МГц на дополнительные более мелкие подканалы с предопределенным количеством поднесущих.Наименьший выделенный подканал в стандарте 802.11ax составляет 26 поднесущих (2 МГц). В канале 20 МГц имеется 9 доступных подканалов с 26 поднесущими, что позволяет использовать на прием и передачу до 9-ти различных кадров. IEEE использует термин «Ресурсная единица» (RU) для обозначения подканалов. Блок из 26 поднесущих, указанный выше, известен как RU-26, например: полный набор - RU-26, RU-52, RU-106, RU-242, RU-484 и RU-996.

Сравнение методов доступа OFDM и OFDMA

Слева - 4 пользователя в канале с использованием OFDM. Справа мультиплексирование различных пользователей в одном канале с использованием OFDMA.

Есть и другие преимущества. Количество защитных и нулевых поднесущих по каналу может быть уменьшено как процент от количества используемых поднесущих, что снова увеличивает эффективную скорость передачи данных в данном канале.

Важно знать! Приведенные выше цифры показывают увеличение используемых поднесущих на ~ 10% по сравнению со стандартом 802.11ac после учета коэффициента 4x.

Более длинный символ OFDM позволяет увеличить длину циклического префикса, не жертвуя спектральной эффективностью, что, в свою очередь, обеспечивает повышенную устойчивость к разбросам с большой задержкой, особенно в условиях вне помещения.

Уменьшая циклический префикс до минимального символьного времени, мы увеличиваем спектральную эффективность и устойчивость к условиям многолучевого распространения сигнала. Так же снижается чувствительность к джиттеру в передающем канале в многопользовательском режиме. Есть, конечно, и некоторые побочные эффекты. Точность частоты, необходимая для успешной демодуляции более близко расположенных поднесущих, является более строгой. Кроме того, быстрое преобразование Фурье (БПФ) требует немного более сложной схемотехники и вычислительной мощности.

Многопользовательский MIMO на прием и передачу

Расширена функция 802.11ac в канале DL, где точка доступа определяет, что условия многолучевого распространения позволяют передавать фреймы по одному и тому же каналу разным приёмникам одновременно за счёт использования нескольких пространственных потоков.

802.11ax увеличивает размер групп MU-MIMO во входящем потоке, обеспечивая более эффективную работу Wi-Fi сети. Многопользовательский MIMO исходящего канала является новым дополнением к 802.11ax, но откладывается до второй волны (Wave 2).

Многопользовательский MIMO на прием и передачу

Это надо знать! MIMO 8TXх8RX:8SS обеспечивает одновременную передачу до 8 пространственных потоков в обоих направлениях.

Модуляция 1024-QAM и увеличенная длина символа OFDM

Символ OFDM является основным строительным блоком передачи в Wi-Fi сетях. Основные характеристики: размер быстрого преобразования Фурье (БПФ или FFT – Fast Fourier Transform), разнесение поднесущих и длительность символа OFDM связаны, учитывая фиксированную ширину канала. В Wi-FI 6 разнесение поднесущих уменьшается в 4 раза, а длительность символа OFDM увеличивается в 4 раза.

Предусмотрено увеличение защитного интервала (Guard Interval, GI) между OFDM-символами, что позволяет уменьшить межсимвольную интерференцию и обеспечивает более устойчивую связь в помещениях и в смешанных средах – помещение/улица.

организация поднесущих и увеличенная длина символа OFDM

Переход от 256-QAM к 1024-QAM увеличивает число битов, переносимых на символ OFDM, с 8 до 10, что повышает скорость передачи данных и эффективность использования спектра на 25%. Но, как и прежде, улучшение работает в условиях, где уровень сигнала высокий, а шум низкий. Это связано с тем, что приемник должен принять решение об уровне модуляции, выбрав одно из 32 состояний вдоль каждой оси (амплитуда и фаза или квадратура), а не одно из 16 для 256-QAM или одно из 8 для 64-QAM.

Диаграммы сигнальных созвездий сигналов

Для примера! Уровень мощности приема сигнала, необходимый для декодирования кадра в полосе 80 МГц, 1024-QAM 5/6, MCS-11, должен находиться на отметке -45 дБм, а достичь этого можно только когда приемник и передатчик находятся на близком друг от друга расстоянии!

Работа вне помещений

Ряд функций улучшает производительность при работе в уличных условиях. Наиболее важным является новый формат пакета, в котором наиболее чувствительное поле теперь повторяется для надежности. Более длинные защитные интервалы обеспечивают избыточность для корректировки ошибок.

OBSS – перекрывающиеся области радиовидимости

В Wi-Fi сетях каждый клиент и точка доступа прослушивают радиоэфир, декодируя преамбулу пакета, они знают, свободна среда для передачи данных или нет. Если шум в канале при этом превысит порог чувствительности на 20 Дб, среда так же считается занятой.

В стандартах 802.11 введено понятие виртуальной занятости среды (механизм NAV – Network Allocation Vector). В кадре есть поле, которое содержит значение счетчика, при получении кадров оно меняется во времени от некоторого значения до нуля. Если значение кода равно нулю, то канал свободен, иначе – занят.

В версиях Wi-Fi 4 и Wi-Fi 5 определение виртуальной занятости среды не зависит от того, к какой сети принадлежит устройство занявшее среду. Клиент в кадре имеет одно значение NAV. Wi-Fi 6 научился определять, из какой сети ведется передача – из своей собственной или чужой. На основании этих данных устройство может менять значение NAV и подстраивать мощность передатчика, меняя пороги чувствительности.

OBSS – перекрывающиеся области радиовидимости

Преамбула 802.11ax содержит поле "цвет сети" (BSS color), что позволяет быстро определять принадлежность сети без полного декодирования пакета. Значение "цвета" выбирается точкой доступа случайным образом в момент инициализации сети. Длина поля BSS color 6 бит, этого достаточно, что бы помеченные пакеты у двух сетей находящихся в зоне радиовидимости не совпали.

Уменьшенное энергопотребление

Существующие режимы энергосбережения дополнены новыми механизмами, позволяющими увеличить интервалы ожидания и запланированное время пробуждения. Кроме того, для устройств IoT введен режим только для канала с частотой 20 МГц, позволяющий создавать более простые и менее мощные микросхемы, поддерживающие только этот режим.Надежная высокопроизводительная сигнализация для лучшей работы при значительно более низком уровне мощности принимаемого сигнала (RSSI).

Лучшее планирование и более длительное время автономной работы устройства с Target Wake Time (TWT – запланированное время активации). ТД может согласовывать с пользователями использование функции TWT для задания времени доступа к среде путем обмена информацией, которая включает ожидаемую продолжительность активности.

Технология формирования луча (Beamforming) явная и универсальная

Технология явного формирования луча к клиенту (explicit beamforming) решает ряд вопросов, связанных с замиранием и переотражением сигналов, с их не синфазностью. Приходя в разных фазах, сигнал теряет мощность, а это сильно влияет на дальнодействие и скорость передачи данных.

Explicit beamforming требует от клиента возврата диаграммы направленности. Роутер отправляет клиенту сигнальные пакеты со всех своих антенн, клиент в обязательном порядке отсылает назад информацию, что он увидел от этих антенн, роутер вычисляет местоположение клиента, вносит поправки в работу всех своих приемо-передатчиков. Таким образом роутер может устранить замирания, внести поправку в фазовый сдвиг на одной из антенн, увеличить амплитуду сигнала для преодоления препятствия.

Важно знать! Явное формирование луча работает только в случае, если есть 2 передатчика и больше, и есть поддержка на уровне клиента.

Если устройство не поддерживает передачу диаграммы направленности, есть упрощенный вариант алгоритма – implicit beamforming (универсальное формирование луча). В этом случае роутер оценивает канал связи, основываясь на том, каким образом клиент принимает данные. Роутер объявляет данные, на каких скоростях он может работать, а клиент уже отвечает, что он будет работать на такой-то скорости. Путем итераций роутер меняет скорость и фазовый сдвиг, и смотрит, что ответит клиент. Если клиент повысил скорость, принимается решение что все хорошо. Так продолжается до тех пор, пока не будет установлена максимальная скорость со стороны клиента.

Технологии формирования луча - implicit и explicit beamforming

Какие проблемы решает технология Beamforming

  1. Распределение мощностей передатчиков – роутер может повышать и понижать мощность на каждом канале индивидуально;
  2. Огибание препятствий, работа с переотраженными сигналами;
  3. Устранение замирания одного или нескольких каналов;
  4. Синфазность сигнала на приемнике клиента – увеличение мощности сигнала и скорости приема данных;
  5. Увеличение дальности распространения сигнала.

Это очень ресурсоемкая задача, которая требует серьезных вычислительных мощностей и хорошего охлаждения роутера.

Обязательные и дополнительные функции 802.11ax на станции и клиенте

Точка доступаКлиент
ОбязательноДополнительноОбязательноДополнительно
Передача OFDMA в нисходящем каналеПрием OFDMA в нисходящем канале
Прием OFDMA в восходящем каналеПередача OFDMA в восходящем канале
Передача MU-MIMO в нисходящем канале (если 4+ SS*)Передача MU-MIMO в нисходящем канале (если 4 Прием MU-MIMO в нисходящем канале (вплоть до 4х SS)
Формирование луча при передаче (если 4+ SS)Формирование луча при приеме
Прием и передача SU-MIMO вплоть до 2x SSSU-MIMO с 3+ SSПрием и передача SU-MIMO
Работа на 20, 40, 80 МГц если поддерживается 5 ГГцРабота на 20, 40, 80 МГц если поддерживается 5 ГГц
Работа на 20 МГц, если поддерживается 2.4 ГГцРабота на 20 МГц, если поддерживается 2.4 ГГц
Для устройств IoT режим только 20 МГц с OFDMA
Индивидуальный TWTИндивидуальный TWT
Цветовая маркировка базовых сервисов (BSS color)Перераспределение пространственных потоковЦветовая маркировка базовых сервисов (BSS color)Перераспределение пространственных потоков
Работа на 160 МГц при поддержки 5 ГГц
MCS 8, 9, 10 (256- и 1024-QAM)

*SS (spatial streams) – пространственные потоки

Таблица сравнений 802.11n vs 802.11ac vs 802.11ax

802.11n (Wi-Fi 4)802.11ac Wave 2 (Wi-Fi 5)802.11ax (Wi-Fi 6)
Дата релиза200920132019
Рабочая частота2.4ГГц & 5ГГц5ГГц2.4ГГц & 5ГГц, spanning to 1ГГц – 7ГГц
Ширина полосы канала20МГц, 40МГц20МГц, 40МГц, 80МГц, 80+80МГц & 160МГц20МГц/40МГц @ 2.4ГГц, 80МГц, 80+80МГц & 160МГц @ 5ГГц
Количество поднесущих64, 12864, 128, 256, 51264, 128, 256, 512, 1024, 2048
Разнесение поднесущих312.5кГц312.5кГц78.125 кГц
Длительность символа и циклического префикса3.6 мкс (короткий защитный интервал) 4 мкс (длинный защитный интервал)3.2 мкс (0.4/0.8 мс циклический префикс)12.8 мкс (0.8/1.6/3.2 мкс циклический префикс)
Тип модуляции и скорость кодирования64-QAM, 5/6256-QAM, 5/61024-QAM, 5/6
Кодирование сигнала6 Бит на символ8 Бит на символ10 Бит на символ
Скорость передачи данныхот 54 Мбит/с до 600 Мбит/с (max 4 пространственных потока)433 Мбит/с (80МГц, 1 пространственный поток) 6933 Мбит/с (160МГц, 8 пространственных потоков)600 Мбит/с (80МГц, 1 пространственный поток) 9607.8 Мбит/с (160МГц, 8 пространственных потоков)
Технологии MIMOSU-MIMO-OFDMSU-MIMO-OFDM Wave 1, MU-MIMO-OFDM Wave 2MU-MIMO-OFDMA

Какие возможности открывает 802.11ax для компаний?

Стандарт 802.11ax позволяет предприятиям и поставщикам услуг поддерживать новые и появляющиеся приложения в одной и той же инфраструктуре беспроводной локальной сети (WLAN), обеспечивая при этом более высокий уровень обслуживания для старых приложений. Этот сценарий создает основу для новых бизнес-моделей и более широкого распространения Wi-Fi.

Чем 802.11ax отличается от Wi-Fi 6?

Ничем, это одно и то же. Wi-Fi Alliance (союз разработчиков, создающий и стандартизирующий Wi-Fi) ввел термин «Wi-Fi 6» применительно к стандарту 802.11ax. Он указывает на то, что стандартом является шестое поколение Wi-Fi. Это маркетинговый ход, который помогает Wi-Fi лучше позиционироваться относительно стандартов проекта 3GPP, таких как беспроводная технология 5G, используемая в сотовой связи.

Когда будет утвержден стандарт 802.11ax?

Ассоциация стандартов IEEE планирует ратифицировать окончательную поправку IEEE 802.11ax в середине 2020 года. Однако ожидается, что Wi-Fi Alliance сертифицирует ключевые функции из этой поправки примерно в конце августа 2019 года. Дополнительные функции, включая работу в полосе 6 ГГц, будут сертифицированы в течение следующих нескольких лет.

Совместимость 802.11ax с 802.11ac

Стандарт 802.11ax обладает обратной совместимостью со своими предшественниками, опираясь на существующие технологии и делая их более эффективными, а так же поддерживает бесшовный роуминг.

Комментарии

Задайте свой вопрос

Вместе с этой статьей сейчас смотрят

Wi-Fi, Стандарты

Группа стандартов WiFi IEEE 802.11


Разработкой стандартов WiFi 802.11 занимается организация IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers)

IEEE 802.11 – базовый стандарт для сетей Wi-Fi, который определяет набор протоколов для самых низких скоростей передачи данных (transfer).

 

 


IEEE 802.11b
– описывает большие скорости передачи и вводит больше технологических ограничений. Этот стандарт широко продвигался со стороны WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) и изначально назывался Wi-Fi.
Используются частотные каналы в спектре 2.4GHz (Подробнее о частотах и каналах WiFi).
Ратифицирован в 1999 году.
Используемая радиочастотная технология: DSSS.
Кодирование:  Barker 11 и CCK.
Модуляции:     DBPSK и DQPSK,
Максимальные скорости передачи данных (transfer) в канале:  1, 2, 5.5, 11 Mbps,
/для облегчения восприятия некоторые фундаментальные основы WiFi/

IEEE 802.11a – описывает значительно более высокие скорости передачи (transfer) чем 802.11b.
Используются частотные каналы в частотном спектре 5GHz. Протокол Не совместим с 802.11b.
Ратифицирован в 1999 году.
Используемая радиочастотная технология: OFDM.
Кодирование:  Convoltion Coding.
Модуляции:     BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM.
Максимальные скорости передачи данных в канале:  6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps.

IEEE 802.11g – описывает скорости передачи данных эквивалентные 802.11а.
Используются частотные каналы в спектре 2.4GHz. Протокол совместим с 802.11b.
Ратифицирован в 2003 году.
Используемые радиочастотные технологии: DSSS и OFDM.
Кодирование:  Barker 11 и CCK.
Модуляции:     DBPSK и DQPSK,
Максимальные скорости передачи данных (transfer) в канале: 
- 1, 2, 5.5, 11 Mbps на DSSS и
- 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps на OFDM.

IEEE 802.11n – самый передовой коммерческий WiFi-стандарт, на данный момент, официально разрешенный к ввозу и применению на территории РФ (802.11ac пока в процессе проработки регулятором). В 802.11n используются частотные каналы в частотных спектрах WiFi 2.4GHz и 5GHz. Совместим с 11b/11a/11g. Хотя рекомендуется строить сети с ориентацией только на 802.11n, т.к. требуется конфигурирование специальных защитных режимов при необходимости обратной совместимости с устаревшими стандартами. Это ведет к большому  приросту сигнальной информации и существенному снижению доступной полезной производительности радиоинтерфейса. Собственно даже один клиент WiFi 802.11g или 802.11b потребует специальной настройки всей сети и мгновенной ее существенной деградации в части агрегированной производительности.
Сам стандарт WiFi 802.11n вышел 11 сентября 2009 года.
Поддерживаются частотные каналы WiFi шириной 20MHz и 40MHz (2x20MHz).
Используемая радиочастотная технология: OFDM.
Используется технология OFDM MIMO (Multiple Input Multiple Output) вплоть до уровня 4х4 (4хПередатчика и 4хПриемника). При этом минимум 2хПередатчика на Точку Доступа и 1хПередатчик на пользовательское устройство.
Примеры возможных MCS (Modulation & Coding Scheme) для 802.11n, а также максимальные теоретические скорости передачи данных (transfer) в радиоканале представлены в следующей таблице:

Здесь SGI это защитные интервалы между фреймами.
Spatial Streams это количество пространственных потоков.
Type это тип модуляции.
Data Rate это максимальная теоретическая скорость передачи данных в радиоканале в Mбит/сек.


Важно подчеркнуть, что указанные скорости соответствуют понятию channel rate и являются предельным значением с использованием данного набора технологий в рамках описываемого стандарта(собственно эти значения, как Вы вероятно заметили, производители пишут и на коробках домашних WiFi-устройств в магазинах). Но в реальной жизни эти значения не достижимы в силу специфики самой технологии стандарта WiFi 802.11. Например здесь сильно влияет "политкорректность" в части обеспечения CSMA/CA (устройства WiFi постонно слушают эфир и не могут передавать, если среда передачи занята), необходимость подтверждения каждого юникастового фрейма, полудуплексная природа всех стандартов WiFi и только 802.11ac/Wave-2 сможет это начать обходить с MU-MIMO и т.д.. Поэтому практическая эффективность устаревших стандартов 802.11 b/g/a никогда не превышает 50% в идеальных условиях(например для 802.11g максимальная скорость на абонента обычно не выше 22Мб/с), а для 802.11n эффективность может быть до 60%. Если же сеть работает в защищенном режиме, что часто и просходит из-за смешанного присутствия различных WiFi-чипов на различных устройствах в сети, то даже указанная относительная эффективность может упасть в 2-3 раза. Это касается, например, микса из Wi-Fi устройств с чипами 802.11b, 802.11g в сети с точками доступа WiFi 802.11g или устройства WiFi 802.11g/802.11b в сети с точками доступа WiFi 802.11n и т.п.. Подробнее о MIMO.
 

 

 


Помимо основных стандартов WiFi 802.11a, b, g, n, существуют и используются дополнительные стандарты для реализации различных сервисных функций:

802.11d. Для адаптации различных устройств стандарта WiFi к специфическим условиям страны. Внутри регуляторного поля каждого государства диапазоны часто различаются и могут быть отличны даже в в зависимости от географического положения. Стандарт WiFi IEEE 802.11d позволяет регулировать полосы частот в устройствах разных производителей с помощью специальных опций, введенных в протоколы управления доступом к среде передачи.

802.11e. Описывает классы качества QoS для передачи различных медиафайлов и, в целом различного медиаконтента. Адаптация МАС-уровня для 802.11e, определяет качество, например, одновременной передачи звука и изображения.

802.11f. Направлен на унификацию параметров Точек Доступа стандарта Wi-Fi различных производителей. Стандарт позволяет пользователю работать с разными сетями при перемещении между зонами действия отдельных сетей.

802.11h. Используется для предотвращения создания проблем метеорологическим и военным радарам путем динамического снижения излучаемой мощности Wi-Fi оборудованием или динамический переход на другой частотный канал при обнаружении триггерного сигнала (в большинстве европейских стран наземные станции слежения за метеорологическими спутниками и спутниками связи, а также радары военного назначения работают в диапазонах, близких к 5 МГц). Этот стандарт является необходимым требованием ETSI, предъявляемым к оборудованию, допущенному для эксплуатации на территории стран Европейского Союза.

802.11i. В первых вариантах стандартов WiFi 802.11 для обеспечения безопасности сетей Wi-Fi использовался алгоритм WEP. Предполагалось, что этот метод может обеспечить конфиденциальность и защиту передаваемых данных авторизированных пользователей беспроводной сети от прослушивания.Теперь эту защиту можно взломать всего за несколько минут. Поэтому в стандарте 802.11i были разработаны новые методы защиты сетей Wi-Fi, реализованные как на физическом, так и программном уровнях. В настоящее время для организации системы безопасности в сетях Wi-Fi 802.11 рекомендуется использовать алгоритмы Wi-Fi Protected Access (WPA). Они также обеспечивают совместимость между беспроводными устройствами различных стандартов и различных модификаций. Протоколы WPA используют усовершенствованную схему шифрования RC4 и метод обязательной аутентификации с использованием EAP. Устойчивость и безопасность современных сетей Wi-Fi определяется протоколами проверки конфиденциальности и шифрования данных (RSNA, TKIP, CCMP, AES). Наиболее рекомендованным подходом является использование WPA2 с шифрованием AES (и не забывайте о 802.1х с применением, очень желательно, механизмов туннелирования, например EAP-TLS, TTLS и т.п.). Подробнее об обеспечении стратегии безопасности сети WiFi.

802.11k. Этот стандарт фактически направлен на реализацию балансировки нагрузки в радиоподсистеме сети Wi-Fi. Обычно в беспроводной локальной сети абонентское устройство обычно соединяется с той точкой доступа, которая обеспечивает наиболее сильный сигнал. Нередко это приводит к перегрузке сети в одной точке, когда к одной Точке Доступа подключется сразу много пользователей. Для контроля подобных ситуаций в стандарте 802.11k предложен механизм, ограничивающий количество абонентов, подключаемых к одной Точке Доступа, и дающий возможность создания условий, при которых новые пользователи будут присоединяться к другой ТД даже не смотря на более слабый сигнал от нее. В этом случае аггрегированная пропускная способность сети увеличивается благодаря более эффективному использованию ресурсов.

802.11m. Поправки и исправления для всей группы стандартов 802.11 объединяются суммируются в отдельном документе с общим названием 802.11m. Первый выпуск 802.11m был в 2007 г, далее в 2011 г и т.д..

802.11p. Определяет взаимодействие Wi-Fi-оборудования, движущегося со скоростью до 200 км/ч мимо неподвижных Точек Доступа WiFi, удаленных на расстояние до 1 км. Часть стандарта Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE). Стандарты WAVE определяют архитектуру и дополнительный набор служебных функций и интерфейсов, которые обеспечивают безопасный механизм радиосвязи между движущимися транспортными средствами. Эти стандарты разработаны для таких приложений, как, например, организация дорожного движения, контроль безопасности движения, автоматизированный сбор платежей, навигация и маршрутизация транспортных средств и др.

802.11r. Определяет быстрый автоматический роуминг Wi-Fi-устройств при переходе из зоны покрытия одной Точки Доступа WiFi к зоне покрытия другой. Этот стандарт ориентирован на реализацию Мобильности и, прежде всего, важен именно для мобильных/носимых устройств с Wi-Fi, например, смартфонов, планшетных компьютеров, Wi-Fi IP-телефонов и т.п.. До появления этого стандарта при движении пользователь часто терял связь с одной точкой доступа, был вынужден искать другую и заново выполнять процедуру подключения. Это щанимало много времени. Существовали частные решения проблемы роуминга (хендоверов) между устройствами, например от CCKM от Cisco. Устройства с поддержкой 802.11r могут зарегистрироваться заранее с соседними Точками Доступа WiFi и выполнять процесс переподключения в автоматическом режиме. Таким образом значительно уменьшается время, когда абонент не доступен в сетях Wi-Fi.
Дополнительная информация по 802.11r представлена на Wi-Life.ru здесь.

802.11s. Стандарт для реализации полносвязных сетей (Wireless Mesh), где любое устройство может служить как маршрутизатором, так и точкой доступа. Если ближайшая точка доступа перегружена, данные перенаправляются к ближайшему незагруженному узлу. При этом пакет данных передается (packet transfer) от одного узла к другому, пока не достигнет конечного места назначения. В данном стандарте введены новые протоколы на уровнях MAC и PHY, которые поддерживают широковещательную и многоадресную передачу (transfer), а также одноадресную поставку по самоконфигурирующейся системе точек доступа Wi-Fi. C этой целью в стандарте введен четырехадресный формат кадра. Примеры реализации сетей WiFi Mesh: 1,  2 .

802.11t. Стандарт создан для институализации процесса тестирования решений стандарта IEEE 802.11. Описываются методики тестирования, способы измерений и обработки результатов (treatment), требования к испытательному оборудованию.

802.11u. Определяет процедуры взаимодействия сетей стандарта Wi-Fi с внешними сетями. Стандарт должен определять протоколы доступа, протоколы приоритета и запрета на работу с внешними сетями. На данный момент вокруг данного стандарта образовалось большое движение как в части разработки решений – Hotspot 2.0, так и в части организации межсетевого роуминга – создана и растет группа заинтересованных операторов, которые совместно решают вопросы роуминга для своих Wi-Fi-сетей в диалоге (Альянс WBA). Подробнее о Hotspot 2.0 в наших статьях: 1,  2,  3.

802.11v. В стандарте должны быть разработаны поправки, направленные на совершенствование систем управления сетями стандарта IEEE 802.11. Модернизация на МАС- и PHY-уровнях должна позволить централизовать и упорядочить конфигурацию клиентских устройств, соединенных с сетью.

802.11y. Дополнительный стандарт связи для диапазона частот 3,65-3,70 ГГц. Предназначен для устройств последнего поколения, работающих с внешними антеннами на скоростях до 54 Мбит/с на расстоянии до 5 км на открытом пространстве. Стандарт полностью не завершен.

 

 

802.11w. Определяет методы и процедуры улучшения защиты и безопасности уровня управления доступом к среде передачи данных (МАС). Протоколы стандарта структурируют систему контроля целостности данных, подлинности их источника, запрета несанкционированного воспроизведения и копирования, конфиденциальности данных и других средств защиты. В стандарте введена защита фрейма управления (MFP: Management Frame Protection), а дополнительные меры безопасности позволяют нейтрализовать внешние атаки, такие, как, например, DoS. Немного больше по MFP здесь: 1,  2 .  Кроме того, эти меры обеспечат безопасность для наиболее уязвимой сетевой информации, которая будет передаваться по сетям с поддержкой IEEE 802.11r, k, y.

802.11ас. Новый стандарт WiFi, который работает только в частотной полосе 5ГГц и обеспечивает значительно большие скорости как на индивидуального клиента WiFi, так и на Точку Доступа WiFi. Подробнее смотрите в нашей статье Основные особенности технологии 802.11ас.


Ресурс постоянно пополняется! Для получения анонсов при выходе новых тематических статей или появлении новых материалов на сайте предлагаем подписаться на рассылку анонсов.


Присоединяйтесь к нашей группе на Facebook: www.facebook.com/Wi.Life.ru
Мы публикуем новости, информацию о выходе новых статей и расширении контента основных модулей ресурса Wi-Life.ru

Wi-Life.Team

Использование материалов этого сайта разрешено только с согласия Wi-Life.ru и наличии прямой ссылки на источник.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus. blog comments powered by

Эволюция скорости передачи данных в сетях Wi-Fi / Habr

— Зачем вам в Решётах нубук?
— Чтоб безразмерно использовать возможности блюпупа, и коммутироваться с другими абонентами по всему региону Россия с помощью Ви-Фи!
(С) Уральские Пельмени

Впервые рабочая группа IEEE 802.11 была анонсирована в 1990 году и вот уже 25 лет идёт непрекращающаяся работа над беспроводными стандартами. Основным трендом является постоянное увеличение скоростей передачи данных. В данной статье я попробую проследить путь развития технологии и показать, за счёт чего обеспечивалось увеличение производительности и чего стоит ждать в ближайшем будущем. Предполагается, что читатель знаком с основными принципами беспроводной связи: видами модуляции, глубиной модуляции, шириной спектра и т.д. и знает основные принципы работы Wi-Fi сетей. На самом деле существует не так много способов увеличения пропускной системы связи и большинство из них было реализовано на разных этапах совершенствования стандартов группы 802.11.

Рассмотрению будут подвергнуты стандарты, определяющие физический уровень, из взаимно совместимой линейки a/b/g/n/aс. Стандарты 802.11af (Wi-Fi на частотах эфирного телевиденья), 802.11ah (Wi-Fi в диапазоне 0.9 МГц, предназначенный для реализации концепции IoT) и 802.11ad (Wi-Fi для скоростной связи периферийных устройств наподобие мониторов и внешних дисков) несовместимы друг с другом, имеют различные сферы применения и не подходят для анализа эволюции технологий передачи данных на большом интервале времени. Кроме того, вне рассмотрения останутся стандарты, определяющие стандарты безопасности (802.11i), QoS (802.11e), роуминга (802.11r) и т.д., так как они только косвенно влияют на скорость передачи данных. Здесь и далее речь идёт о канальной, так называемой брутто-скорости, которая является заведомо большей, чем фактическая скорость передачи данных из-за большого количества служебных пакетов в радиообмене.

Первым стандартом беспроводной связи был 802.11 (без буквы). Он предусматривал два типа среды передачи: радиочастота 2.4 ГГц и инфракрасный диапазон 850-950 нм. ИК-устройства не были широко распространены и в будущем развития не получили. В диапазоне 2.4 ГГц было предусмотрено два способа расширения спектра (расширение спектра является неотъемлемой процедурой в современных системах связи): расширение спектра методом скачкообразного изменения частоты (FHSS) и методом прямой последовательности (DSSS). В первом случае все сети используют одну и ту же полосу частот, но с различными алгоритмами перестроения. Во втором случае уже появляются частотные каналы от 2412 МГц до 2472 МГц с шагом 5 МГц, сохранившиеся по сей день. В качестве расширяющей последовательности используется последовательность Баркера длиной 11 чипов. При этом максимальная скорость передачи данных составляла от 1 до 2 Мбит/с. В то время даже с учётом того, что в самых идеальных условиях полезная скорость передачи данных по Wi-Fi не превышает 50% канальной, такие скорости выглядели весьма привлекательно в сравнении со скоростями модемного доступа к сети Интернет.

Для передачи сигнала в 802.11 использовалась 2-х и 4-х позиционная манипуляция, что обеспечивало работу системы даже в неблагоприятных условиях сигнал/шум и не требовало сложных приёмо-передающих модулей.
Например, для реализации информационной скорости 2 Мбит/с каждый передаваемый символ заменяется на последовательность из 11 символов.

Таким образом чиповая скорость составляет 22 Мбит/с. За один такт передачи передаются 2 бита (4 уровня сигнала). Таким образом скорость манипуляции составляет 11 бод и основной лепесток спектра при этом занимает 22 МГц, величину, которую применительно к 802.11, часто называют шириной канала (на самом деле спектр сигнала является бесконечным).

При этом согласно критерию Найквиста (число независимых импульсов в единицу времени ограничено удвоенной максимальной частотой пропускания канала) для передачи такого сигнала достаточно полосы 5.5 МГц. Теоретически устройства формата 802.11 должны удовлетворительно работать и на каналах, отстоящих друг от друга на 10 МГц (в отличии от более поздних реализаций стандарта, требующих вещания на частотах, отстоящих друг от друга не менее, чем на 20 МГц).

Очень быстро скоростей 1-2 Мбит/с стало не хватать и на смену 802.11 пришёл стандарт 802.11b, в котором скорость передачи данных была увеличена до 5.5, 11 и 22 (опционально) Мбит/с. Увеличение скорости было достигнуто путём уменьшения избыточности помехоустойчивого кодирования с 1/11 до ½ и даже 2/3 за счёт внедрения блочных (CCK) и сверхточных (PBCC) кодов. Кроме того, максимальное число ступеней модуляции было увеличено до 8-и на один передаваемый символ (3 бита на 1 бод). Ширина канала и используемые частоты не изменились. Но при уменьшении избыточности и увеличении глубины модуляции неизбежно выросли требования к соотношению сигнал/шум. Так как увеличение мощности устройств невозможно (ввиду экономии энергии мобильных устройств и законодательных ограничений), то это ограничение проявилось в небольшом сокращении зоны обслуживания на новых скоростях. Площадь обслуживания на унаследованных скоростях 1-2 Мбит/с не изменилась. От способа расширения спектра методом скачкообразной перестройки частоты было решено полностью отказаться. Больше в семействе Wi-Fi он не использовался.

Следующий шаг увеличения скорости до 54 Мбит/с был реализован в стандарте 802.11a (данный стандарт начал разрабатываться раньше, чем стандарт 802.11b, но финальная версия была выпущена позже). Увеличение скорости в основном было достигнуто за счёт увеличения глубины модуляции до 64 уровней на один символ (6 бит на 1 бод). Кроме того, была радикально пересмотрена радиочастотная часть: расширение спектра методом прямой последовательности было заменено на расширение спектра методом разделения последовательного сигнала на параллельные ортогональные поденсущие (OFDM). Использование параллельной передачи на 48 подканалах позволило снизить межсимвольную интерференцию за счёт увеличения длительности отдельных символов. Передача данных осуществлялась в диапазоне 5 ГГц. При этом ширина одного канала составляет 20 МГц.

В отличие от стандартов 802.11 и 802.11b, даже частичное перекрытие этой полосы может привести к ошибкам передачи. К счастью в диапазоне 5 ГГц расстояние между канали составляет эти самые 20 МГц.

Стандарт 802.11g не стал прорывом в плане скорости передачи данных. Фактически этот стандарт стал компиляцией 802.11a и 802.11b в диапазоне 2,4 ГГц: в нём поддерживались скорости обоих стандартов.

Серьёзное увеличение скорости произошло в стандарте 802.11n (в обоих диапазонах 2,4 и 5 ГГц): до 72 Мбит/с за счёт уменьшения защитных интервалов между передаваемыми символами. Кроме того, для увеличения пропускной способности можно было объединить два канала по 20 МГц и получить 150 Мбит/с. Однако это не лучший способ увеличения скорости: в диапазоне 2,4 МГц может поместиться всего один расширенный канал в 40МГц. Ещё одним способом повышения скорости стала технология MIMO: использование нескольких приёмопередатчиков, работающих на одной и той же частоте. Разделение каналов происходит за счёт пространственного разнесения антенн и математических операций над сигналом, принятым на разные антенны: он будет различаться в силу многолучевого распространения радиоволн. По иронии судьбы именно эффект многолучевого распространения ранее негативно влиял на передачу данных в сети, но инженеры смогли определить недуг в подвиг и заставить этот паразитный фактор работать на увеличение скорости. Стандарт 802.11n поддерживает MIMO 4x4:4 (четыре независимых канала) и обеспечивает скорость до 600 Мбит/с.

Однако данная технология требует высокого качества изготовления радио части устройств. Кроме того, данные скорости принципиально не реализуемы на мобильных терминалах (основной целевой группе стандарта Wi-Fi): наличие 4-х антенн на достаточном разнесении не может быть реализовано в малогабаритных устройствах как по соображениям отсутствия места, так и из-за отсутствия достаточного на 4 приёмопередатчика энергии.

В большинстве случаев скорость 600 Мбит/с является не более, чем маркетинговой уловкой и нереализуема на практике, так как фактически её можно добиться только между стационарными точками доступа, установленными в пределах одной комнаты при хорошем соотношении сигнал/шум.

Следующий шаг в скорости передачи был выполнен стандартом 802.11ac: максимальная скорость, предусмотренная стандартом, составляет до 6,93 Гбит/с, однако фактически такая скорость ещё не достигнута ни на одном оборудовании, представленном на рынке. Увеличение скорости достигнуто за счёт увеличения полосы пропускания до 80 и даже до 160 МГц. Такая полоса не может быть предоставлена в диапазоне 2,4 ГГц, поэтому стандарт 802.11ac функционирует только в диапазоне 5 ГГц. Ещё один фактор увеличения скорости – увеличение глубины модуляции до 256 уровней на один символ (8 бит на 1 бод) К сожалению, такая глубина модуляции может быть получена только вблизи точки из-за повышенных требований к соотношению сигнал/шум. Указанные улучшения позволили добиться увеличения скорости до 867 Мбит/с. Остальное увеличение получено за счёт ранее упомянутых потоков MIMO 8x8:8. 867х8=6,93 Гбит/с. Технология MIMO была усовершенствована: впервые в стандарте Wi-Fi информация в одной сети может передаваться двум абонентам одновременно с использованием различных пространственных потоков.

В более наглядном виде результаты в таблице:

В таблице перечислены основные способы увеличения пропускной способности: «-» — метод не применим, «+» — скорость была увеличена за счёт данного фактора, «=» — данный фактор остался без изменений.

Ресурсы уменьшения избыточности уже исчерпаны: максимальная скорость помехоустойчивого кода 5/6 была достигнута в стандарте 802.11a и с тех пор не увеличивалась. Увеличение глубины модуляции теоретически возможно, но следующей ступенью является 1024QAM, которая является очень требовательной к соотношению сигнал/шум, что предельно снизит радиус действия точки доступа на высоких скоростях. При этом возрастут требования к исполнению аппаратной части приёмопередатчиков. Уменьшение межсимвольного защитного интервала также вряд ли будет направлением совершенствования скорости – его уменьшение грозит увеличением ошибок, вызванных межсимвольной интерференцией. Увеличение полосы канала сверх 160 МГц так же вряд ли возможно, так как возможности по организации непересекающихся сот будут сильно ограничены. Ещё менее реальным выглядит увеличение количества MIMO-каналов: даже 2 канала являются проблемой для мобильных устройств (из-за энергопотребления и габаритов).

Из перечисленных методов увеличения скорости передачи большая часть в качестве расплаты за своё применение забирает полезную площадь покрытия: снижается пропускная способность волн (переход от 2,4 к 5 ГГц) и повышаются требования к соотношению сигнал шум (увеличение глубины модуляции, повышение скорости кода). Поэтому в своём развитии сети Wi-Fi постоянно стремятся к уменьшению площади, обслуживаемой одной точкой в пользу скорости передачи данных.

В качестве доступных направлений совершенствования могут использоваться: динамическое распределение OFDM поднесущих между абонентами в широких каналах, совершенствование алгоритма доступа к среде, направленное на уменьшение служебного траффика и использование техник компенсации помех.

Подводя итог вышесказанному попробую спрогнозировать тенденции развития сетей Wi-Fi: вряд ли в следующих стандартах удастся серьёзно увеличить скорость передачи данных (не думаю, что больше, чем в 2-3 раза), если не произойдёт качественного скачка в беспроводных технологиях: почти все возможности количественного роста исчерпаны. Обеспечить растущие потребности пользователей в передаче данных можно будет только за счёт увеличения плотности покрытия (снижения радиуса действия точек за счёт управления мощностью) и за счёт более рационального распределения существующей полосы между абонентами.

Вообще тенденция уменьшения зон обслуживания, похоже, является основным трендом в современных беспроводных коммуникациях. Некоторые специалисты считают, что стандарт LTE достиг пика своей пропускной способности и не сможет далее развиваться по фундаментальным причинам, связанным с ограниченностью частотного ресурса. Поэтому в западных мобильных сетях развиваются технологии оффлоада: при любом удобном случае телефон подключается к Wi-Fi от того же оператора. Это называют одним из основных способов спасения мобильного Интернета. Соответственно роль Wi-Fi сетей с развитием сетей 4G не только не падает, а возрастает. Что ставит перед технологией всё новые и новые скоростные вызовы.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о