Проводное интернет-соединение постепенно сходит на «нет», все заполонили беспроводные сети. Это намного удобнее, так как человек не привязан к конкретному месту и конкретному устройству. Необходимо всего лишь провести один единственный кабель, подключить его к роутеру и наслаждаться сетью в любой точке дома, используя телефон, планшет или ноутбук. Работает это дело с помощью технологии Wi-Fi. В этом материале будет рассказано, какие стандарты Wi-Fi бывают, есть ли отличия между ними и протоколами Wi-Fi.
Что такое Wi-Fi стандарт
Wi-Fi – это стандарт беспроводной связи, который появился в 1998 году, но начал развиваться еще в 1985, когда в США приняли решение об открытии нескольких полос беспроводной сети. На тот момент она использовалась для работы микроволновых печей и других приборов.
Фирменный логотип
Практика показывает, что многие люди даже не знают, что такое стандарты, вай-фай беспроводная сеть и так далее. Для многих это все одно – «Интернет». Это немного не правильно. «Wi-Fi» – это не глобальная сеть, а товарный знак. Если человек покупает оборудование (роутер, точку доступа, модем и так далее) с наклейкой Wi-Fi, то он получает сертифицированный продукт, который будет функционировать и обмениваться данными с другими такими же беспроводными девайсами.
Сам по себе термин был введен специальным Альянсом, который его разработал. Изначально он назывался ««IEEE 802.11b-compatible», но от такого названия быстро отказались в связи с его длиной. Было принято сократить его и видоизменить. «Wi-Fi» ничего не обозначает. Просто он был созвучен с Hi-Fi и это плюсом при рекламе стандарта. Уже потом он начал расшифровываться как Wireless Fidelity.
Логотип компании-разработчика стандарта
Скорее всего такие заблуждения людей связаны с неправильной рекламой технологий. За время существования было несколько крупных кампаний, но люди запомнили продукт не по его качествам, а по характеристикам ассоциированных с ним приборов и сетей.
Важно! Яркий пример – компания Xerox. Люди так привыкли к ее копировальным устройствам и принтерам, что теперь любой подобный аппарат все называют «ксероксом», а копию – «ксерокопией».
Протоколы Wi-Fi
Wi-Fi адаптер для компьютера: какой лучше выбрать
Стандарты Wi-Fi – это то же самое, что и протоколы. Разницы между ними нет, просто так сложилось. Разработкой этих стандартов занимается IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers). Самый низкий и базовый протокол имеет название IEEE 802.11. Он определяет набор технологий для наиболее низкой скорости работы в сети. Есть и ряд других стандартов, о которых будет идти речь дальше.
Стандарт 802.11b
IEEE 802.11b – младший набор протоколов, описывающий чуть большие скорости, чем IEEE 802.11, но обладающий большими технологическими ограничениями. После своего появления он активно продвигался Вайфай Альянсом и назывался «Wi-Fi». Ратификацию прошел в 1999 году. Работает на частоте 2.4 ГГц. Максимальные скорости составляют 1, 2, 5.5 и 11 Мбит/с.
Стандарт 802.11a
Еще более быстрый набор протоколов Wi-Fi a, описывающий существенные скорости передачи данных. Ратифицирован он был также в 1999 году, а работает на частоте 5 ГГц. Стоит сказать, что он не совместим с IEEE 802.11b. Скорость передачи может быть 6, 9, 12, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с.
Стандарт 802.11g
Аналогичные скорости, что и в предыдущем случае, но помимо радиочастоты OFDM он также может использовать и DSSS. Правда скорость на последней не поднимается выше 11 Мбит/с. Ратификация прошла в 2003 году. Стандарт использует 2.4 ГГц частотные каналы.
Принцип работы
Стандарт 802.11n
Новейший набор протоколов. Wi-Fi n пользуется коммерческой и бытовой популярностью, поддерживаясь практически на всех современных роутерах, модемах и прочей цифровой технике. Он задействует сразу два частотных диапазона: 2.4 и 5 ГГц. Плюсом его использования является полная совместимость с протоколами IEEE 802.11a, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g. Скорость передачи зависит от выбора частоты. При использовании 2.4 ГГц максимальные показатели составляют 150 Мбит/с, а при 5 ГГц – 600 Мбит/с.
Важно! Кроме описанных выше стандартов есть и дополнительные протоколы, использующиеся в некоторых сервисных функциях. К ним относятся: 802.11d, 802.11e, 802.11f, 802.11h, 802.11i, 802.11k, 802.11m, 802.11p, 802.11r и некоторые другие.
Современное поколение: Wi-Fi 802.11ac
SSH-клиент для Windows — какой лучше
Технология не стоит на месте и вай-фай все время улучшается. На данный момент вышел еще один протокол Wi-Fi .11ac. Произошло это в 2014 году. Он является самым современным утвержденным стандартом беспроводной связи.
Скорость передачи данных поражает – 6.7 Гбит/с, но развить ее можно только на специальном устройстве с восьмью антеннами. IEEE 802.11ac работает на частоте 5 ГГц, что делает его обратно совместимым с IEEE 802.11n в этом диапазоне и IEEE 802.11a. Официальное название – «Wi-Fi 5».
ASUS TUF-AX3000 с поддержкой Wi-Fi 6
Какими параметрами будет обладать следующее поколение
К 2022 году планируется заменить 802.11ac новейшим стандартом IEEE 802.11ax, который разрабатывается и дорабатывается Альянсом. Он будет работать на частотных диапазонах 2.4 и 5 ГГц, но сможет использовать дополнительные полосы от 1 до 7 ГГц. Скорость, которую продемонстрировали устройства на презентации стандарта, доходила до 11 Гбит/с.
Усиление антенны (Gain)
Это еще один важный параметр, который влияет на дальность сигнала и пропускную способность.
Под усилением антенны WiFi не следует понимать то, что она добавит вашему сигналу мощности. Антенна — пассивное устройство, не потребляющее электроэнергию, и не может «добавлять мощность» хотя бы по закону сохранения энергии.
Коэффициент усиления (КУ) — это относительная величина, которая измеряется в изотропных децибелах (dBi). За отправную точку для расчета этого коэффициента (тех самых цифр, которые мы видим в графе «Усиление антенны» в технических характеристиках) берется виртуальная (несуществующая) эталонная изотропная антенна.
Каким же образом антенна может усиливать сигнал?
Возьмем для примера фонарик с возможностью изменения фокусировки луча.
Широкий луч будет освещать большую площадь, но недалеко.
Узкий луч будет освещать меньшую площадь, но «достанет» дальше.
Примерно так же работает и усиление антенны.
Посмотрим на примере диаграммы направленности.
Диаграмма направленности (ДН) — графическое отображение распространения мощности сигнала WiFi от источника. По радиусу диаграммы откладывается значение усиления антенны. Поскольку луч распространяется в пространстве и горизонтально, и вертикально, то и диаграммы направленности делаются в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной.
ДН эталонной (несуществующей) изотропной антенны:
Как видите, здесь излучение идет во все стороны, и в горизонтальной плоскости, и в вертикальной. В трехмерном виде это выглядит примерно так:
В реальных же антеннах — направленных, секторных и даже всенаправленных — антенна перераспределяет сигнал, «фокусирует» его.
Диаграмма всенаправленной антенны.
На рисунке — ДН антенны Omni (поляризация антенны двойная, поэтому представлены «срезы» горизонтальной и вертикальной плоскостей обеих поляризаций).
В вертикальной плоскости (Elevation) диаграмма всенаправленной антенны «сжалась», сузилась. Перераспределенная энергия пошла на усиление сигнала в горизонтальной плоскости, антенна «добавила» мощности в одном направлении, «забрав» его у другого.
Именно поэтому всенаправленные антенны чаще всего имеют самое маленькое усиление, а направленные — самое большое (больше потенциала для перераспределения сигнала).
Конечно, усиление антенны неравномерно на всей площади покрытия. Если в параметрах направленной антенны указано, например, 20 dBi, то это усиление относится только к главному лепестку антенны, не к боковым. Существуют формулы расчета усиления, и, соответственно, мощности в любой точке диаграммы направленности, но мы не будем здесь на них останавливаться.
Так на сколько увеличилась мощность благодаря усилению антенны? Несмотря на то, что мощность и усиление антенны выражаются, казалось бы, разными величинами (dBm и dBi), на самом деле и то, и то — децибелы, просто отсчет ведется от разных опорных точек. Децибелы можно спокойно складывать и вычитать между собой, собственно, в этом их прелесть.
Поэтому, зная мощность передатчика (в dBm) и коэффициент усиления антенны (в dBi), можно рассчитать какой стала мощность после усиления (по главному лепестку диаграммы направленности). Складываем мощность (например 23 dBm) и усиление (например, 30 dBi) и получаем 53 dBm.
Переведя dBm в мВт, видим, что мощность возросла с 200 мВт (23 дБм) почти до 200 Вт!
Какие существуют классы Wi-Fi
Антивирус для Windows 10: какой лучше выбрать
В описании некоторых сетевых устройств можно заметить такой параметр как «Класс Wi-Fi». Необходимо разобраться, что это означает. Список возможных классов представлен ниже:
- «АС» означает, что точка доступа беспроводной сети работает по одному из самых современных и быстрых протоколов IEEE 802.11ac. Это, свою очередь, характеризует устройство 5 ГГц частотным диапазоном. К нему можно подключиться с телефонов и планшетных ПК, поддерживающих .11a/b/g/n/ac.
- «N». Очевидно, что эта маркировка показывает, что аппарат работает по технологии IEEE 802.11n. Она обратно совместима с предыдущими стандартами Wi-Fi: b, g, n. После буквы могут идти цифры, показывающие округленные значения суммирования максимальных канальных скоростей.
- «AC2600 Wave 2». Максимальная скорость 1733 Мбит/с при частоте 5 ГГц и 800 Мбит/с при частоте 2.4 ГГц. Для развития таких характеристик рекомендуемся использовать устройства, поддерживающие стандарт .11aс.
Важно! Если и ряд других классов Wi-Fi, которые обозначаются примерно так же. То есть в наименовании используют набор протоколов, используемый для передачи данных, и суммарную скорость по частотам, если есть поддержка нескольких диапазонов.
Программа Driver Pack позволяет найти оптимальный драйвер для адаптера
ВЫВОДЫ И ПРОГНОЗЫ
Сегодня главным направлением развития беспроводных сетей можно назвать передачу видеоконтента, что означает передачу большого объема трафика с малой задержкой. Борьба за увеличение дальности соединения отступает на второй план, поскольку это прерогатива уже используемых технологий, например WiFi 802.11n. Современный WiFi также настойчиво стремится проникнуть в менее зашумленные диапазоны для реализации более скоростных методов передачи данных. Мощное улучшение качественных характеристик радиоканала было достигнуто в последние годы за счет применения систем MIMO с несколькими антеннами, благодаря которым увеличиваются скорость, дальность и количество обслуживаемых клиентов. Совместное развитие этих технологий позволяет многократно наращивать пропускную способность новейших стандартов.
Негативными же последствиями прогресса можно назвать удорожание конечного устройства. При этом круг задач, решаемых посредством высокоскоростных беспроводных сетей, пока еще ограничен главным образом передачей видеотрафика HD. Поэтому рынок гигабитных решений в среднем и нижнем ценовом сегменте оборудования в ближайшее время будет развиваться именно в этом направлении.
В корпоративной среде ожидается высокий спрос на системы 802.11ac, уже востребованные в российском домашнем сегменте.
По мнению экспертов, гигабитные технологии 802.11ac и 802.11ad имеют хорошие перспективы благодаря обратной совместимости с существующими стандартами WiFi a/g/n. В России в скором времени можно ожидать быстрого расширения рынка 5G WiFi — как клиентских устройств, так и точек доступа и маршрутизаторов. Сейчас в стране действует запрет на применение оборудования этого диапазона (5 ГГц) вне закрытых помещений. Но как показывает практика, разрешение использования перспективных диапазонов — дело времени. Полоса 60 ГГц разрешена для применения повсеместно, что делает развитие работающих в ней систем неизбежным и ожидаемым.
Артем Иванов — инженер отдела сетевых решений . С ним можно связаться по адресу: [email protected].
От чего зависит пропускная способность Wi-Fi
Скорость соединения по беспроводной сети можно узнать при подключении к беспроводному адаптеру. Она будет отображена программным обеспечением и будет означать скорость подключения на физическом уровне, которая используется адаптером в данный момент времени при использовании конкретного стандарта.
Влияние на скоростную характеристику могут оказывать различные факторы:
- Использование старых методов шифрования данных типа WEP и WPA/TKIP. Для современных сетей рекомендуют использовать WPA2.
- Изменение ширины пропускного канала с 20 МГц на 40 МГц при использовании протокола 802.11n.
- Нахождение точки доступа беспроводной сети и принимающего адаптера слишком близко друг к другу. Решить проблему можно уменьшением мощности передатчика или повышением расстояния между устройствами.
- Плохая совместимость программного обеспечения адаптера. Рекомендуется попытаться установить другую версию драйверов на сетевую карту. Найти их можно на сайте производителя.
- Использование точки доступа на 802.11n с устаревшими стандартами 802.11b/g.
Пропускная способность Wi-Fi зависит от многих факторов
Мощность передатчика (Tx Power, Output Power)
Разные единицы измерения. Некоторые производители указывают мощность в mW, некоторые — в dBm. Перевести dBm в mW и наоборот, не забивая себе голову формулами перерасчета, можно с помощью нашего калькулятора.
Стоит заметить, что зависимость между этими двумя представлениями мощности — нелинейная. Это легко увидеть при сравнении готовых значений в таблице соответствий, которая расположена на той же странице, где и вышеприведенный калькулятор:
- Увеличение мощности на 3 dBm дает прирост в мВт в 2 раза.
- Увеличение мощности на 10 dBm дает прирост в мВт в 10 раз.
- Увеличение мощности на 20 dBm дает прирост в мВт в 100 раз.
Т. е., уменьшив или увеличив мощность в настройках «всего лишь» на 3 дБм, мы фактически понижаем или повышаем ее в 2 раза.
Чем больше, тем лучше? Теоретически, существует прямая зависимость — чем больше мощность, тем лучше, дальше «бьет» сигнал, тем больше пропускная способность (объем передаваемых данных). Для магистральных каналов точка-точка с направленными антеннами, поднимаемых на открытых пространствах, это действует. Однако во многих других случаях не все так прямолинейно.
- Помехи в городе. Выкрученная на максимум мощность может скорее повредить, чем помочь в городских условиях. Слишком сильный сигнал, переотражаясь от многочисленных препятствий, создает массу помех, и в итоге сводит на нет все преимущества большой мощности.
- Засорение эфира. Неоправданно мощный сигнал «забивает» канал передачи и создает помехи для других участников WiFi-движения.
- Синхронизация с маломощными устройствами. Снижать TX Power может быть необходимо при соединении с маломощными устройствами. Для хорошего качества соединения, особенно двусторонне ёмкого трафика, такого как интерактивные приложения, онлайн-игры и т. д. нужно добиваться симметрии скорости для входящих и исходящих данных. Если же разница в мощности сигнала между передающим и принимающим устройствами будет значительна, это скажется на соединении не лучшим образом.
Мощности должно быть ровно столько, сколько необходимо. Даже при настройке точек доступа советуется сначала сбросить мощность до минимума и постепенно повышать, добиваясь наилучшего качества сигнала. При этом помните о нелинейной зависимости между мощностью, выраженной в дБм и фактической энергетической мощностью, о чем мы говорили в начале статьи.
Важно также учитывать, что дальность и скорость зависят не только от мощности, но и от КУ (коэффициента усиления) антенны, чувствительности приемника и т. д.
Какой режим Wi-Fi выбрать
Обычно в любом устройстве по типу роутера или модема установлен смешанный режим использования (802.11n/ac mixed или 802.11b/g/n mixed). Нужно это для решения проблем с подключением девайсов и повышения шансов совместимости двух аппаратов. Это позволяет подключаться к маршрутизатору не только с новых смартфонов, но и со старенького ноутбука.
Есть утверждение, что установка 802.11n («Только n») позволяет существенно увеличить скорость передачи данных. Это работает не всегда, но попробовать можно. Если у человека нет старых гаджетов, которые не поддерживают 802.11n, то можно смело установить этот режим и проверить качество беспроводной сети, выполнить замеры.
Популярный для работы набор 802.11 bgn
Некоторые роутеры работают только на диапазоне с частотой 5 GHz. Для них рекомендуется установить смешанный тип «n/ac». Проверить преимущества и изменения в скорости можно всегда. Достаточно выставить определенный режим, произвести замер. Затем устанавливают другой режим. И так до тех пор, пока не будет найден оптимальный. Важно не забыть, какие именно настройки были изменены, чтобы не пришлось потом их искать и сбрасывать роутер.
Таким образом, режимов Wi-Fi существует немало, как и стандартов. Для выбора используемого протокола необходимо определить, все ли устройства в доме его поддерживают. Подробнее о технической части Wi-Fi можно прочитать на Wiki.
