Wi-Fi: что это такое, принцип действия и основные характеристики

Что такое wi-fi?

WiFi расшифровывается как Wi-Fi . WiFiIt основан на семействе стандартов IEEE 802.11 и в первую очередь представляет собой технологию локальных сетей (LAN), предназначенную для обеспечения внутриполосного покрытия внутри здания.

Современные системы WiFi поддерживают пиковую скорость передачи данных физического уровня 54 Мбит / с и, как правило, обеспечивают покрытие в помещении на расстоянии до 100 футов.

WiFi стал стандартом де-факто для широкополосного подключения на последней миле в домах, офисах и общественных точках доступа. Системы обычно могут обеспечить зону покрытия всего лишь около 1000 футов от точки доступа.

Wi-Fi предлагает значительно более высокие пиковые скорости передачи данных, чем системы 3G, в первую очередь потому, что он работает в полосе шириной более 20 МГц, но системы Wi-Fi не предназначены для поддержки высокоскоростной мобильности.

Одним из значительных преимуществ WiFi по сравнению с WiMAX и 3G является широкая доступность терминальных устройств. Подавляющее большинство ноутбуков, поставляемых сегодня, имеют встроенный интерфейс WiFi. Интерфейсы WiFi в настоящее время также встраиваются в различные устройства, включая персональные информационные устройства (PDA), беспроводные телефоны, сотовые телефоны, камеры и медиаплееры.

Что дальше?

Теперь фокус в беспроводной связи смещается на широкую область, то есть WiMax. WiMax, сокращение от Worldwide Interoperability for Microwave Access, определено в стандартах IEEE 802.16. Он предназначен для предоставления услуг широкополосного беспроводного доступа в городских условиях (BWA) и продвигается на форуме WiMax.

WiMAX очень похож на WiFi, но в гораздо большем масштабе и на более высоких скоростях. Кочевая версия будет поддерживать устройства с поддержкой WiMAX на большой территории, как современные сотовые телефоны.

Для получения более подробной информации о WiMAX, вы можете пройти наш учебник WiMAX .

Wi-fi – основные проблемы

Есть несколько проблем, которые, как предполагается, являются причиной вялого принятия технологии WiFi –

• Проблемы безопасности – проблемы безопасности сдерживают внедрение WiFi в корпоративном мире. Хакеры и консультанты по безопасности продемонстрировали, как легко можно взломать текущую технологию безопасности, известную как WEP, используемую в большинстве подключений WiFi. Хакер может взломать сеть WiFi, используя легкодоступные материалы и программное обеспечение.

• Совместимость и совместимость. Одной из основных проблем с WiFi является его совместимость и функциональная совместимость. Например, продукты 802.11a несовместимы с продуктами 802.11b. Из-за различных рабочих частот точки доступа 802.11a не помогут клиенту 802.11b. Из-за отсутствия стандартизации, гармонизации и сертификации разные поставщики предлагают продукты, которые не работают друг с другом.

• Проблемы с выставлением счетов – производители WiFi также ищут способы решения проблемы внутренней интеграции и выставления счетов, которые преследовали бы развертывание коммерческих точек доступа WiFi. Рассматриваются некоторые идеи для выставления счетов по WiFi, например, за день, за час и безлимитную ежемесячную плату за соединение.

Проблемы безопасности – проблемы безопасности сдерживают внедрение WiFi в корпоративном мире. Хакеры и консультанты по безопасности продемонстрировали, как легко можно взломать текущую технологию безопасности, известную как WEP, используемую в большинстве подключений WiFi. Хакер может взломать сеть WiFi, используя легкодоступные материалы и программное обеспечение.

Совместимость и совместимость. Одной из основных проблем с WiFi является его совместимость и функциональная совместимость. Например, продукты 802.11a несовместимы с продуктами 802.11b. Из-за различных рабочих частот точки доступа 802.

Проблемы с выставлением счетов – производители WiFi также ищут способы решения проблемы внутренней интеграции и выставления счетов, которые преследовали бы развертывание коммерческих точек доступа WiFi. Рассматриваются некоторые идеи для выставления счетов по WiFi, например, за день, за час и безлимитную ежемесячную плату за соединение.

Aloha

Тёплым июнем прошла демонстрация работоспособности. Видите? Новая технология могла стать доминирующей у сотовых операторов, поскольку покрывала океан, однако борьба стандартов создала иную картину. Выделенные частоты появились только в 1985 год.

Протокол ALOHA использовал новый способ доступа к среде (ресурсам канала). Беспроводная связь дублировала проводной и спутниковый каналы. ALOHA быстро опробовали в указанных двух категориях:

Разработчики Университета Гавайи под командованием Нормана Абрамсона стартовали в сентябре 1968 года. Состав участников:

1. Томас Гаардер.
2. Франклин Куо.
3. Шу Лин.
4. Весли Петерсон.
5. Эдвард Велдон.

Планировалось приспособить сравнительно дешёвое коммерческое оборудование для локальной связи вычислителей островов. Июнь 1971 порадовал первыми успехами. Пакет, минуя эфир, затем посредством RS-232 (COM-порт 9,6 кБит/с) достиг терминала. Первая топология сильно напоминала звезды.

Центральный хаб производил широковещательную передачу. Факт успешного приёма послания подтверждал утвердительный пакет. Станция при необходимости повторяла посылку. Технология вполне решала вопрос возникновения коллизий. Использование адресации упрощало решение любых конфликтов.

ALOHA впервые применила широковещательную трансляцию, ныне выступающую основой создания сетей Ethernet. Первые правительственные коммуникации (ARPANET) посылали пакеты строго меж двумя узлами. Отсутствие необходимости захвата маркера (token) существенно упрощало как саму реализацию протокола, так и используемое оборудование.

• Канал получил название линии с произвольным доступом.

Новая технология быстро захватила умы разработчиков, послужив основой создания Ethernet, Wi-Fi, спутниковой связи, сетей ARDIS, CDPD, GSM, Mobitex. Существенным недостатком первой реализации называют неполное использование ресурса канала, поскольку отсутствует возможность предотвратить коллизии. Сотовым оператора концепция тоже понравилась. Сигнализация сетей 1G частично реализована с ALOHA.

Методика произвольного доступа знакома европейским разработчикам GSM, задававшим локальную моду мобильной связи. Вспомогательные каналы помогали передавать SMS (2G) и даже служили верным средством доставки пакетов интернет (GPRS).

Ieee 802.11

Сегодня Wi-Fi использует несколько диапазонов:

1. 900 МГц.
2. 2,4 ГГц.
3. 3,6 ГГц.
4. 5 ГГц.
5. 60 ГГц.

Базовая версия датирована 1997 годом, однако протяжённость предшествующих наработок покрывает свыше 10 лет. Первые вариант IEEE 802.11a, используемый поныне, появился двумя годами позже. Засекреченные военные технологии не позволяли мирным гражданам пользоваться преимуществами наукоёмких концепций.

В 1991 году американские гиганты AT&T, NCR Corporation предложили Нидерландам использовать беспроводные кассовые аппараты. Технология передачи данных (1-2 Мбит/с) получила имя WaveLAN. Вариант IEEE 802.11 1997 года сильно напоминает магазинный вариант:

• Две скорости (1-2 Мбит/с).
• Технология опережающей коррекции ошибок.
• Три вариант реализации физического слоя: инфракрасный канал (только 1 Мбит/с), псевдослучайная перестройка частоты радиоканала, метод расширения спектра прямой последовательностью.

Устранение багов заняло 2 года, ныне возможности проекта 1997 года полностью устарели.

Wi-fi – протоколы доступа

В беспроводных локальных сетях IEEE 802.11 используется протокол управления доступом к среде, называемый множественным доступом с контролем несущей и предотвращением конфликтов (CSMA / CA). Хотя название аналогично Ethernet с множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA / CD), концепция работы совершенно иная.

Системы Wi-Fi – это полудуплексные конфигурации мультимедиа, в которых все станции передают и принимают по одному и тому же радиоканалу. Основная проблема радиосистемы заключается в том, что станция не может слышать во время отправки, и, следовательно, невозможно обнаружить столкновение.

Согласно DCF, станция WiFi будет передавать только тогда, когда канал свободен. Все передачи подтверждаются, поэтому, если станция не получает подтверждение, она предполагает, что произошло столкновение, и повторяет попытку через произвольный интервал ожидания.

Частота столкновений будет возрастать по мере увеличения трафика или в ситуациях, когда мобильные станции не могут слышать друг друга.

Wi-fi – радио модуляция

Системы WiFi используют два основных метода радиопередачи.

• 802.11b (<= 11 Мбит / с) – радиоканал 802.11b использует метод расширенного спектра с прямой последовательностью, называемый дополнительным кодированным ключом (CCK). Поток битов обрабатывается специальным кодированием, а затем модулируется с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK).

• 802.11a и g (<= 54 Мбит / с) – системы 802.11a и g используют 64-канальное мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM). В системе модуляции OFDM доступная полоса радиосвязи делится на несколько подканалов, и некоторые биты отправляются по каждому из них. Передатчик кодирует битовые потоки на 64 поднесущих, используя двоичную фазовую манипуляцию (BPSK), квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK) или один из двух уровней квадратурной амплитудной модуляции (16 или 64-QAM). Часть передаваемой информации является избыточной, поэтому получателю не требуется принимать все поднесущие для восстановления информации.

802.11b (<= 11 Мбит / с) – радиоканал 802.11b использует метод расширенного спектра с прямой последовательностью, называемый дополнительным кодированным ключом (CCK). Поток битов обрабатывается специальным кодированием, а затем модулируется с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK).

802.11a и g (<= 54 Мбит / с) – системы 802.11a и g используют 64-канальное мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM). В системе модуляции OFDM доступная полоса радиосвязи делится на несколько подканалов, и некоторые биты отправляются по каждому из них.

Передатчик кодирует битовые потоки на 64 поднесущих, используя двоичную фазовую манипуляцию (BPSK), квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK) или один из двух уровней квадратурной амплитудной модуляции (16 или 64-QAM). Часть передаваемой информации является избыточной, поэтому получателю не требуется принимать все поднесущие для восстановления информации.

Первоначальные спецификации 802.11 также включали опцию для расширенного спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS), но от этого в значительной степени отказались.

Wi-fi – стандарты ieee

Стандарт 802.11 определяется через несколько спецификаций WLAN. Он определяет беспроводной интерфейс между беспроводным клиентом и базовой станцией или между двумя беспроводными клиентами.

В семействе 802.11 есть несколько спецификаций:

• 802.11 – Это относится к беспроводным локальным сетям и обеспечивает передачу 1–2 Мбит / с в полосе 2,4 ГГц с использованием расширенного спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) или расширенного спектра с прямой последовательностью (DSSS).

• 802.11a – это расширение стандарта 802.11, которое относится к беспроводным локальным сетям и работает со скоростью 54 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц. 802.11a использует схему кодирования с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) в отличие от FHSS или DSSS.

• 802.11b – высокоскоростной WiFi 802.11 – это расширение 802.11, которое относится к беспроводным локальным сетям и обеспечивает соединение со скоростью передачи 11 Мбит / с (с понижением до 5,5, 2 и 1 Мбит / с в зависимости от силы сигнала) в 2,4- Полоса ГГц. Спецификация 802.11b использует только DSSS. Обратите внимание, что 802.11b был фактически дополнением к первоначальному стандарту 802.11, добавленному в 1999 году, чтобы позволить беспроводным функциональным возможностям быть аналогичными проводным соединениям Ethernet.

• 802.11g – это относится к беспроводным локальным сетям и обеспечивает 20 Мбит / с в диапазоне 2,4 ГГц.

802.11 – Это относится к беспроводным локальным сетям и обеспечивает передачу 1–2 Мбит / с в полосе 2,4 ГГц с использованием расширенного спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) или расширенного спектра с прямой последовательностью (DSSS).

802.11a – это расширение стандарта 802.11, которое относится к беспроводным локальным сетям и работает со скоростью 54 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц. 802.11a использует схему кодирования с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) в отличие от FHSS или DSSS.

802.11b – высокоскоростной WiFi 802.11 – это расширение 802.11, которое относится к беспроводным локальным сетям и обеспечивает соединение со скоростью передачи 11 Мбит / с (с понижением до 5,5, 2 и 1 Мбит / с в зависимости от силы сигнала)

в 2,4- Полоса ГГц. Спецификация 802.11b использует только DSSS. Обратите внимание, что 802.11b был фактически дополнением к первоначальному стандарту 802.11, добавленному в 1999 году, чтобы позволить беспроводным функциональным возможностям быть аналогичными проводным соединениям Ethernet.

802.11g – это относится к беспроводным локальным сетям и обеспечивает 20 Мбит / с в диапазоне 2,4 ГГц.

Вот техническое сравнение между тремя основными стандартами WiFi.

2,4 ГГц ISM (г)

U-NII 5 ГГц (а)

Прямая последовательность

Расширенный спектр

OFDM

(64-каналов)

Wi-fi и ethernet

Технология ВайФай очень похожа на технологию Ethernet, можно сказать, что это Ethernet адаптированный в беспроводной среде. Для адресации wifi также, как и в Ethernet используются MAC-адреса. 

Для передачи данных используется разделяемая среда, как и в классическом Ethernet. Только в классическом Ethernet сигнал передаётся по кабелю, а в wifi используется электромагнитное излучение (радиоэфир). 

Формат кадра на уровне LLC у вайфай и Ethernet одинаковый, IEEE 802.2. На практике это означает, если вы используете wireshark для перехвата пакетов которые идут по сети, то независимо от того, пришел ваш кадр из Ethernet или из вайфай, его формат будет одинаковый. Хотя в процессе передачи по беспроводной среде на уровне MAC, вайфай используется другой формат кадр. 

Wifi мультимедийные расширения (wme)

Расширения WiFi Multimedia используют протокол, называемый расширенным мультимедийным распределенным доступом (EDCA), который является расширением расширенной версии функции распределенного управления (DCF), определенной в исходном MAC-адресе 802.11.

Улучшенная часть заключается в том, что EDCA будет определять восемь уровней приоритета доступа к общему беспроводному каналу. Как и исходный DCF, доступ к EDCA является протоколом на основе конкуренции, который использует набор интервалов ожидания и таймеров возврата, предназначенных для предотвращения конфликтов.

С EDCA каждому из различных приоритетов доступа назначается различный диапазон интервалов ожидания и счетчиков отката. Передачи с более высоким приоритетом доступа назначаются с более короткими интервалами. Стандарт также включает режим пакетной пакетной передачи, который позволяет точке доступа или мобильной станции зарезервировать канал и посылать 3-5 пакетов в последовательности.

Wifi по расписанию мультимедиа (wsm)

Сервисы с постоянной последовательной задержкой могут быть предоставлены с помощью дополнительного Wi-Fi Scheduled Multimedia (WSM). WSM работает как мало используемая функция управления точками (PCF), определенная с помощью исходного стандарта 802.11 MAC.

В WSM точка доступа периодически передает контрольное сообщение, которое заставляет все станции обрабатывать канал как занятый, а не пытаться передавать. В течение этого периода точка доступа опрашивает каждую станцию, определенную для услуги, чувствительной ко времени.

Чтобы использовать параметр WSM, устройства должны отправлять профиль трафика, описывающий требования к пропускной способности, задержке и дрожанию. Если точка доступа не имеет достаточных ресурсов для соответствия профилю трафика, она вернет сигнал занятости .

Адаптация скорости

В Ethernet скорость оборудования фиксирована, она будет одинакова для всех устройств в сети. Вайфай же позволяет менять скорость в зависимости от качества сигнала. Если качество сигнала высокое то скорость увеличивается, а если низкое то скорость уменьшается. Для того чтобы увеличивать или уменьшать скорость, вайфай меняет несколько параметров: 

• Можно использовать разную ширину канала от 20 МГц до 160 МГц. 
• Поддерживает различные модуляции, которые позволяют передавать данные с разной скоростью и надежностью 
• Есть возможность менять интервал данных между символами которые передаются по вайфай. 

Таблица которая показывает разные варианты скорости для одного пространственного потока вайфай. Самая низкая скорость 6.5 Мб/с получается при использовании двоичной фазовой модуляции BPSK канала 20 МГц и интервала между символами 800 нс. Самая большая скорость 866 Мб/с получается, если использовать квадратурную амплитудную модуляцию  у которой 256 состояний, канал шириной 160 МГц и интервал между символами 400 нс. 

https://www.youtube.com/watch?v=lKiWawMtdC8

Данные представлены для одного пространственного потока, если ваша точка доступа и ваша станция имеют несколько антенн, то можно использовать несколько пространственных потоков и за счет этого еще больше увеличить скорость передачи. 

Будущее

Скорость передачи данных постоянно растёт. Вариант 2022 года совмещает базовые возможности сразу 5 реализацией:

1. ae
2. aa
3. ad
4. ac
5. af

Вариант ас впервые превзошёл технические возможности проводного Ethernet. Для этого используются несущая частота 5 ГГц, ширина канала – до 160 МГц, параллельная передача пакетов несколькими узлами (MIMO). Уровень модуляции достиг 256 QAM. Суммарная скорость реализации 2022 года (ширина канала 80 МГц, частота 5 ГГц)

Ad введёт несущую 60 ГГц (миллиметровый диапазон). Поскольку значение значительно превышает стандартное, устоявшееся, продукты предполагается помечать стикером WiGig. Однако сертификацию проводит старый добрый Wi-Fi Alliance. Ожидается пиковая пропускная способность 7 Гбит/с. Первый коммерческий роутер анонсировал (январь 2022) TP-Link.

Реализация af задумала покрыть «белые пятна» телевизионного диапазона (54-790 МГц). Технологии когнитивного радио передадут базовой станции информации об уровне интерференции. Железо самостоятельно определит собственное местоположение, корректируя параметры трансляции согласно локальному законодательству.

Физический уровень сформирован ортогональным мультиплексированием с частотным делением. Протокол выступает логическим продолжением IEEE 802.11ac. Сравнительно низкие частоты телевизионного диапазона позволят существенно повысить дальность. Малая ширина каналов (6-8 МГц) позволит гибко подстраивать технические характеристики организуемого канала связи.

Диапазон характеризуется сравнительно низкими скоростями, однако применение одновременной передачи 4 частотных каналов четырьмя антеннами позволит достичь лимита 426-568 Мбит/с (зависит от ширины каналов).

Вдобавок к сказанному версия 2022 года устраняет отдельные устаревшие функции, иные – помечены как «лишние» (уберут позже). Информационная структура документа отличается высокой степенью упорядоченности.

Достоинства и недостатки

Положительные стороны технологии:

• не требует кабелей, что снижает себестоимость и скорость построения сетей;
• в сеть могут входить различные устройства: ноутбуки, компьютеры, смартфоны и другие мобильные гаджеты на различных платформах;
• простота в настройке сети;
• обеспечение интернетом большого количества пользователей в общественных местах: метро, строительная площадка, пляж;
• интенсивность излучения на порядок ниже, чем у сотовых телефонов;
• не требует сертификата для использования частоты.

Минусы беспроводных Wi-Fi сетей:

• новые стандарты не совместимы со старыми;
• сигнал очень чувствителен к преградам;
• помехи при работе двух передатчиков в зоне достижимости друг друга, особенно на одной частоте;
• при получении информации устройства с точкой доступа работают последовательно;
• тяжело контролировать пропускную способность каждого клиента;
• сеть работает на скорости самого медленного клиента;
• доказано губительное воздействие СВЧ излучения для живых организмов;
• различные частотные диапазоны в странах;
• во многих странах устройства с мощностью излучения выше 100 мВт требуют обязательной регистрации;
• лёгкий взлом всех криптографических алгоритмов, кроме, пока ещё не вышедшего в массы, WPA3;
• нет четкой зоны распространения сигнала;
• при расширении частотной полосы канала интерференция волн усиливается;
• с увеличением числа клиентов повышается оверхед (задержка до выполнения операции) ответа на запрос клиента роутером;
• защита сети находится на уровне самого слабого клиентского устройства;
• низкий уровень безопасности публичных точек доступа.

В наше время Wi-Fi роутер есть в практически в каждом доме, а беспроводной модуль втыкают даже в бытовую технику – пылесосы, холодильники, чайники и т. д. И с каждым годом использование беспроводной технологии все шире.

История

Наверное, интересно, зачем люди создали миллиард беспроводных технологий. К Wi-Fi следует добавить:

1. Поколения мобильной связи (далеко не один стандарт).
2. Bluetooth.

Одно время наблюдалось серьёзное соперничество, однако победила высокая специализация. Каждый протокол решает узкий круг задач. Постановка вопроса вызывает привычное удивление отечественных специалистов. Российские вузы продолжают готовить кадры сравнительно широкой компетенции.

Западные учебные заведения остро затачивают диплом под выделенный сегмент рынка рабочей силы. Продолжая аналогию, видим полное сходство разнообразия узкоспециализированных стандартов с легендарными монополиями времён начала промышленной революции. Возьмись СССР диктовать моду планете, все могло выглядеть иным образом.

Начало истории положила концепция интерфейсного компьютера, сформулированная (1966) Дональдом Дэвисом. Фактически машина выполняла работу роутера, перенаправляя пакеты. До этого могли общаться строго два узла сети, напрямую соединённые кабелем. Использованием маршрутизаторов сильно упрощало организацию коммуникаций.

Как работает?

Wi-Fi – это беспроводная технология передачи данных, беспроводная локальная сеть (WLAN). В принцип работы Wi-Fi положена передача зашифрованных сигналов посредством СВЧ-волн (сверхвысокочастотные волны) на небольшие (десятки метров) расстояния. Схема сети состоит минимум из двух элементов: точка доступа и клиент.

Есть схемы клиент-клиент – без применения точек доступа.

Точка доступа транслирует идентификатор (SSID, имя сети) посредством спецпакетов данных 10 раз в секунду со скоростью 100 Кбит/с. Это теоретически наименьшая пропускная способность беспроводного канала.

Как устроена работа Вай-Фай сети? При попадании в зону действия и обнаружении сигнала устройство-клиент делает вывод о возможности подключения к ней (разность технологий может стать тому помехой). Передатчик может и не передавать свой идентификатор, тогда сеть будет невидимой для клиентов. Подключиться к ней можно только посредством ввода SSID и пароля, если она защищена.

При наличии в одной зоне 2-3 сетей с идентичными SSID, устройство-приёмник подключается к той, у которой лучше сигнал.

Точкой доступа в домашних Wi-Fi сетях является преимущественно беспроводной маршрутизатор – роутер. Он и клиенты должны работать в одном режиме (частота, модуляция сигнала). Рассмотрим на примере раздачи интернета в частном доме.

Роутер получает трафик через сетевой кабель, преобразовывает его в радиоволны и распространяет их «по воздуху» в виде радиосигналов сверхвысокой частоты с определёнными параметрами. Приёмник «ловит» эти волны и декодирует их (расшифровывает, извлекает из них информацию, которая кодируется несущей частотой).

Алгоритмы «упаковки» данных описаны в соответствующих стандартах и отличаются от версии к версии. Аналогичным образом осуществляется и передача цифровых данных. Принцип Wi-Fi технологии схож с работой мобильной связи, если не вдаваться в технические подробности.

Интересные факты про Wi-Fi, которые вы не знали:

От чего зависит скорость

Скорость соединения зависит от ряда факторов, как со стороны провайдера и пользователя, так и со стороны самой технологии. Перечислим некоторые из них.

Со стороны провайдера:

• загруженность каналов;
• качество оборудования.

Со стороны пользователя:

• качество оборудования (роутер, сетевой адаптер) и коммуникаций (интернет-розетки);
• расстояние от роутера до устройства;
• параметры подключаемого устройства.

Интересно!

Если новейшие гаджеты поддерживают «старые» конфигурации сети, то вот старое, хоть и работающее, устройство может и не «подружиться» с продвинутой сетью.

• программное обеспечение (например, антивирус или торрент)
• вредоносные программы.

Со стороны беспроводного интернета:

• Мощность и загруженность серверов;
• Качество линий связи за пределами сети провайдера;
• Помехи от других вай фай сетей, бытовых приборов и местоположения роутера относительно беспроводной сети.

Отец wi-fi

Вик Хейз и до внедрения протокола IEEE 802.11a 10 лет занимал кресло члена стандартизирующей организации. Это позволяет историкам называть упомянутую личность отцом Wi-Fi. Главной фишкой стало внедрение ортогонального мультиплексирования с частотным делением.

Первоначально был предложен диапазон 5,8 ГГц. Похожая технология описана разделом 18 релиза 2022 года, перекрывает отрезок скоростей 1,5 – 54 Мбит/с. Хотя первоначальная концепция существенно изменилась, производители поныне употребляют термин IEEE 802.11a, описывая характеристики оборудования 5,8 ГГц.

«Благодаря» ошибкам, реальная скорость первой реализации редко превышала 20 Мбит/с. Существенным плюсом стало использование малоценного диапазона частот, однако особенности распространения СВЧ сильно снизили радиус действия новых систем. Первая версия протокола сильно уступает b/g.

Теоретически отмечается практически нулевая проницаемость через стены. Практически вариант b демонстрирует аналогичные недостатки. Подражая прочим беспроводным каналам, IEEE 802.11a подвержен влиянию интерференции. Недостаток компенсируется невысокой проницаемостью сигнала (значит, мало шансов пересечь соседский роутер).

Базисом создания канала выступают 52 ортогональные поднесущие. Поддерживаются скорости передачи данных: 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6 Мбит/с. Выделено 12-13 непересекающихся каналов. Реализация сильно зависит от законодательства страны. Некоторые государства допускают размещение свыше 24 каналов внутри полосы 5,47-5,725 ГГц. Совершенны исключены конфликты с b, поскольку порядок частот иной.

Порядок применения сети wi-fi

Для начала нужно купить маршрутизатор. В желтое или белое гнездо необходимо вставить сетевой провод, настроить по прилагаемой инструкции.

На принимающих устройствах с модулем Wi-Fi включают его, выполняют поиск необходимой сети и производят подключение. Чем большее количество устройств будет подключено к одному маршрутизатору, тем меньше будет скорость передачи данных, так как скорость поровну делится на все устройства.

Модуль Wi-Fi выглядит в виде обычной флешки, подключение осуществляется по интерфейсу USB. Он имеет невысокую стоимость. На мобильном устройстве можно включить точку доступа, которая будет исполнять роль маршрутизатора. Во время раздачи смартфоном интернета по точке доступа, на нем не рекомендуется слишком загружать процессор, то есть, нежелательно смотреть видео, или скачивать файлы, так как скорость делится между подключенным и раздающим устройством по остаточному принципу.

Wi-Fi технология дает возможность заходить в сеть интернета без кабеля. Источником такой беспроводной сети может быть любое устройство, у которого есть радиомодуль Wi-Fi. Радиус распространения зависит от антенны. С помощью Wi-Fi создают группы устройств, а также можно просто передавать файлы.

Применение сети wi-fi

Основное назначение беспроводной связи в быту – это вход в интернет для посещения сайтов, общение в сети, скачивание файлов. При этом нет нужды в проводах. С течением времени прогрессирует распространение точек доступа по территории городов. В будущем можно будет пользоваться интернетом с помощью сети Wi-Fi в любом городе без ограничений.

Такие модули применяются для создания сети внутри ограниченной территории между несколькими устройствами. Многие фирмы уже разработали мобильные приложения для мобильных гаджетов, которые дают возможность обмениваться информацией через сети Wi-Fi, но при этом не подключаясь к интернету. Это приложение организует тоннель шифрования данных, по которому будет передаваться информация другой стороне.

Обмен информацией осуществляется гораздо быстрее (в несколько десятков раз), чем по известному нам Блютузу. Смартфон может выступать и в роли игрового джойстика в соединении с игровой консолью, либо компьютером, выполнять функции пульта управления телевизором, работающим по Wi-Fi.

Принцип работы

Чтобы заходить в Wi-Fi, необходимо наличие точки доступа. Такой точкой на сегодняшний день в основном является маршрутизатор. Это маленькая коробочка из пластика, на корпусе которой имеется несколько гнезд для подключения интернета по проводу. Сам маршрутизатор связан с интернетом по сетевому проводу, называемому витой парой.

Вместо маршрутизатора может работать ноутбук, планшет или смартфон. Они также должны иметь подключение к сети интернета по мобильной связи через сим-карту. Эти устройства имеют такой же принцип действия обмена данными, как у маршрутизатора.

Метод подключения интернета к точке доступа не имеет значения. Точки доступа делятся на частные и публичные. Первые применяются только для пользования самими владельцами. Вторые дают доступ в интернет за деньги, либо бесплатно большому количеству пользователей.

Пространственный поток

В стандарте 802.11n появилась возможность использовать несколько антенн для передачи и приема данных. Эта возможность также используется в современном стандарте. 

Если у нас есть несколько антенн, то мы можем использовать несколько пространственных потоков — это сигнал который передается от одной антенны до другой. 

Если мы параллельно передаем несколько пространственных потоков, то скорость передачи данных увеличивается. При этом используется специальный метод кодирования сигналов которые называются MIMO — множественная передача и множественный прием. 

Пример: у нас есть 3 антенны, на передающей станции и три на принимающей станции. Каждая антенна на передающей станции (Tx) отправляет свой пространственный поток, таким образом мы увеличиваем скорость передачи в 3 раза. На принимающей станции, все три антенны получают 3 пространственных потока, и с помощью метода кодирования mimo они умеют их разделять и повышать качество сигнала для каждого отдельного пространственного потока. 

Разновидности

Часто роутеры набираются ветками древовидной структуры, где пропускная способность каналов понемногу снижается. Домашний интернет не является исключением. Абонентские модели принято обозначать ёмким термином SOHO. Согласно традиции сюда входит оборудование, обслуживающее 1-10 рабочих станций.

Модели каждого уровня древовидной структуры сильно отличаются. Выпускают специальные модели для домашних пользователей, организаций, провайдеров. Коммерческий успех технологии обеспечивается охватом максимальной целевой аудитории минимальными усилиями. Приходится сильно снижать цены, делая концепцию доступной широким массам.

Родительский патент

Хотя Вика Чейза боготворя владельцы беспроводных устройств, новое изобретение стало возможным, благодаря наличию патентов 1992, 1996 годов. Австралийский астроном Джон О`Салливан и К (Грэхэм Дэниэлс, Теренс Персиваль, Джон Дин) разработали ключевой принцип, как часть неудачной программы CSIRO, описываемую специалистами, как:

• Провалившийся эксперимент обнаружения взрывающихся черных дыр размеров сопоставимых атомным.

Поэтому серьёзные исследователи все-таки отдают родительские права указанной группе исследователей космоса. На апрель 2009 года CSIRO получила свыше 1 млрд. долларов от 14 компаний, желающих заняться совершенствованием технологии. Сказанное стало причиной рейдерского захвата титула создателя технологии.

Роутер

Эволюционно роутером стала базовая станция топологии звезда, использованной доисторическими гавайскими разработчиками (60-70-е годы XX века). Принцип широковещательной трансляции доныне эксплуатируется сетевым оборудованием. Причём не только эфирным.

Удивительно, но сегодня изложение принципа действия роутера логично начинать кабельными вариантами. Радиоканал больше напоминает общественное мероприятие, где диктор, захвативший микрофон, доводит информацию аудитории. Соседние ряды слышат друг друга, и это стало технической подоплёкой внедрения концепции ad-hoc (связь без роутера), Однако голос диктора все-таки громче.

Маршрутизатором традиционно называют блок оборудования, занимающийся перенаправлением сетевых пакетов данных. Подразумевается наличие минимум двух компьютерных сетей. Домашний домен отделяется от внешнего значениями присваиваемых IP-адресов. Иногда (офис крупной компании) блок выступает приёмников услуг нескольких провайдеров, подразделений и т. п. Снаружи все ПК видятся наблюдателю имеющими одинаковый IP. Хотя mac различаются.

Беспроводной роутер характеризуется возможностью направлять информацию через эфир посредством использования радиоканала и электромагнитных волн.

Движение сетевого пакета часто представляют цепочкой передачи информации меж узловыми роутерами. Электроника считывает адрес пакета, передавая информацию в нужном направлении. Нисходящий беспроводной поток часто организуется широковещательно. Информацию передают одновременно всем участникам.

Общеизвестные роутеры просто организуют шлюз меж домашним сегментом и тем, что находится снаружи (провайдер, интернет и так далее).

Роутеры по типам портов и разъемов

По типам портов и разъемов роутеры делятся на 5 типов:

ADSL-роутеры: принимают сигнал по телефонному кабелю. Имеют крайне низкую по современным параметрам скорость приема и передачи данных.

Ethernet-роутеры: имеют порт WAN и различаются по протоколу IEEE. Самый распространенный сегодня тип.

3G/4G роутеры: используют пакетную передачу данных. Качество работы зависит от покрытия, которое предоставляет оператор.

Роутеры с подключением к оптическим сетям PON: в качестве WAN-порта здесь используется оптический пигтейл SC. Их главный недостаток – недостаточная защита от перехвата данных.

Универсальные роутеры: соединяют несколько технологий, обычно ADSL Ethernet, либо Ethernet 3G. Также оснащены дополнительными портами и встроенными модулями связи.

Сертификация

Компания, желающая производить оборудование, предоставляет опытные образцы Альянсу. Участники Wi-Fi Alliance выступают полноправными правообладателями торговой марки и логотипа. Тестированию подвергаются электромагнитная совместимость, структура пакетов, протоколы безопасности, качество, режимы управления потреблением энергии.

1. Успешное взаимодействие с любыми устройствами класса.
2. Наличие обратной совместимости. Необходимая мера обеспечения отсутствия необходимости постоянного апгрейда железа конечными пользователями.
3. Степень учёта инноваций. Комитет постоянно публикует последний писк моды. Преимуществом считается способность производителя правильно уловить глас прогресса.

Разделяют мандаторную и опциональную сертификацию. Кроме того организация занимается сопутствующими технологиями: Wi-Fi Direct, Wi-Fi Aware.

Стандарты

В 2022 году появилась 18-я спецификация Wi-Fi 6-го поколения – 802.11ax. Работает на частотах из диапазона 5 ГГц и обеспечивает максимальную пропускную способность до 11 Гбит/с. Все они отличаются скоростью, уровнем защиты, способом обработки сигнала, внедрением инновационных функций.

Стандарты имеют обратную совместимость: новые совместимы со старыми. Однако, старые устройства не поддерживают современные спецификации.

Стандарты wi-fi

IЕЕЕ 802.11 – протоколы для низких скоростей обмена данными, основной стандарт.

IЕЕЕ 802.11а – является несовместимым с 802.11b, для высоких скоростей, использует каналы частоты 5 ГГц. Способность пропускать данные до 54 Мбит/с.

IЕЕЕ 802.11b – стандарт для быстрых скоростей, частота канала 2,4 ГГц, пропускная способность до 11 Мбит/с.

IЕЕЕ 802.11g – скорость эквивалентна стандарту 11а, частота канала 2,4 ГГц, совместим с 11b, скорость пропускания до 54 Мбит/с.

IEEE 802.11n – наиболее прогрессивный коммерческий стандарт, частоты каналов 2,4 и 5 ГГц, может работать совместно с 11b, 11g, 11а. Наибольшая скорость работы 300 Мбит/с.

Чтобы подробнее представить работу различных стандартов беспроводной связи, рассмотрим информацию в таблице.

Стандарты физического уровня wi-fi

Есть несколько разных вариантов реализации вайфай, они описаны в 6 стандартах. Самый первый стандарт 802.11 был принят в 1997 году и имел скорость 1 или 2 Мб/с, Ethernet в то время мог передавать информацию со скоростью 10 Мб/с. Современный стандарт wifi 802.11ас был принят в 2022 году, максимальная скорость передачи, больше 6 Гб/с. 

Сейчас вайфай используют для передачи данных — электромагнитное излучение или радиоэфир, но в первом варианте вай фай использовалось инфракрасное излучение, сейчас этот метод используется в пультах для телевизора. 

Но уже со второго поколения стандарта 802.11b используется только электромагнитное излучение. Применяются две частоты 2.4 и 5 ГГц. Частоты в этом диапазоне можно использовать без лицензирования. Однако и другие устройства работают в том же самом диапазоне, например микроволновка и это создаёт помехи при передачи сигнала вайфай. 

Точки доступа wifi

Точка доступа WiFi создается путем установки точки доступа к интернет-соединению. Точка доступа передает беспроводной сигнал на короткое расстояние. Это обычно покрывает приблизительно 300 футов. Когда устройство с поддержкой WiFi, такое как Pocket PC, обнаруживает горячую точку, оно может подключиться к этой сети по беспроводной сети.

Большинство горячих точек расположены в местах, которые легко доступны для общественности, таких как аэропорты, кафе, гостиницы, книжные магазины и окружение кампуса. 802.11b является наиболее распространенной спецификацией для горячих точек во всем мире.

Стандарт 802.11g обратно совместим с .11b, но .11a использует другой частотный диапазон и требует отдельного оборудования, такого как адаптер a, a / g или a / b / g. Крупнейшие публичные сети WiFi предоставляются частными интернет-провайдерами (ISP); они взимают плату с пользователей, которые хотят получить доступ к Интернету.

Горячие точки все чаще развиваются по всему миру. Фактически, T-Mobile USA контролирует более 4100 точек доступа, расположенных в общественных местах, таких как Starbucks, Borders, Kinko’s и клубы авиакомпаний Delta, United и US Airways. Даже в некоторых ресторанах McDonald’s теперь есть точка доступа WiFi.

Любой ноутбук со встроенной беспроводной связью, беспроводной адаптер, подключенный к материнской плате изготовителем, или беспроводной адаптер, такой как карта PCMCIA, могут получить доступ к беспроводной сети. Кроме того, все карманные ПК или устройства Palm с компактной флэш-памятью, поддержкой ввода-вывода SD или встроенным WiFi могут иметь доступ к горячим точкам.

В некоторых точках доступа для подключения требуется ключ WEP, который считается конфиденциальным и безопасным. Что касается открытых соединений, любой, у кого есть карта WiFi, может иметь доступ к этой точке доступа. Таким образом, чтобы иметь доступ к Интернету под WEP, пользователь должен ввести код ключа WEP.

Цена домашнего роутера

В зависимости от комплектации и функционала цена роутера начинается от 1000 рублей (иногда ниже) и доходит до нескольких десятков тысяч. Однако для домашнего использования средняя цена колеблется от 2500 до 6000 рублей, даже если пользователи предпочитают сетевые игры.

Этимология

Коммерческое использование ныне существующего названия началось не ранее августа 1999 года. С Wi-Fi возилась американская рекламная компания Interband с британскими корнями. Среди детищ креативного гиганта 5-уровневый метод оценки экономической стоимости бренда. Годовой отчёт 2022 года содержит следующие первые 10 строчек:

1. Apple.
2. Google.
3. Coca-Cola.
4. Microsoft.
5. Toyota.
6. IBM.
7. Samsung
8. Amazon
9. Mercedes-Benz.
10. General Electric.

В августе 1999 года менеджеров компании нанял Фил Белангер придумать название благозвучнее, нежели «Прямая последовательность IEEE 802.11b». Результат задуман пародией на hi-fi (акустическое оборудование высокой точности). Первый слог намекал на беспроводную (wireless) природу канала связи.

Рекламный слоган Альянса обыгрывал несуразное сочетание беспроводной чёткости. Остряки немедля окрестили объединение Альянс беспроводной чёткости Inc. Хотя IEEE частично подтверждал слухи, указанное словосочетание никогда не было официальным названием.

Похожее:

Wi-Fi 2,4 ГГц и 5 ГГц: в чем разница диапазонов и какой лучше? Мощность передатчика Wifi роутера: безопасная мощность, установка мощности в роутере Wifi адаптер 5 ГГц для компьютера: замена модуля и критерии выбора Скрытые возможности встроенных WiFi чипов – Технический форум