Основи WiFi Частина 1: Частоти та канали
- Категорія: Мережа
У 1947 р. Міжнародний союз електрозв'язку (МСЕ), агентство ООН, визначив певні смуги спектру РФ як ISM. Ідея полягала в тому, щоб створити міжнародний стандарт частот, який відведений для промислового, наукового та медичного обладнання. Як не дивно, телекомунікації не були первісною метою.
Перш ніж ми обговоримо будь-які деталі, я просто хочу зазначити, що ця стаття в основному базуватиметься на регуляторній галузі США. У різних регуляторних областях є специфічні вимоги щодо переданих частот та параметрів живлення.
Хоча існує дванадцять діапазонів ISM, ми зараз зосередимось лише на двох з них. Більшість людей називають їх діапазонами 2,4 ГГц і 5 ГГц.
Почнемо з діапазону ISM 2.4GHz (2.400GHz-2.500GHz). Цей невеликий переповнений набір частот на сьогоднішній день є найбільш використовуваним, незважаючи на те, що більшість ноутбуків, смартфонів та планшетів оснащені подвійними радіостанціями за останні кілька років.
Причиною цього є фізика. Загальне правило: чим менша частота, тим довше поширення і тим краще проникнення. Ось 2 приклади реального світу:
- Ви сидите в автомобілі на зупинці. Поруч із вами хтось підтягується, коли радіо гучно звучить. Якщо вам не сподобається їх смак у музиці, ви можете згорнути своє вікно. Частина цього звуку зменшена, але ви, напевно, все ще чуєте цей бас (низька частота) дуже добре.
- Інший приклад - дуже спеціалізована радіосистема, яка використовується військовими для зв'язку з підводними човнами. Він називається ELF (надзвичайно низька частота) і має довжину хвилі настільки довгу, що потрібна антена може бути довгою милі.
Гаразд, тому тепер ми знаємо, що низькі частоти пропонують більшу площу покриття та краще проникнення сигналу через перешкоди. Якщо діапазон 2,4 ГГц такий чудовий, чи нам справді потрібен 5 ГГц? Відповідь - так.
Обмеження 2,4 ГГц
Лише 3 канали, що не перекриваються. Діапазон 2,4 ГГц розділений на 14 каналів, більшість з яких 5 МГц. Цей інтервал 5 МГц не був проблемою в перші дні бездротового використання. У той час технологія була обмежена приблизно 1 Мбіт пропускної здатності. Тоді в кінці 1990-х 802.11b з технологією його широкого спектру стала стандартом.
Перевага полягає в тому, що він може досягти пропускної здатності 11 Мбіт / с. Мінусом було те, що він використовував 22 МГц спектру. Так, якщо, наприклад, ви використовуєте канал 6, то принаймні канали 4,5,7 і 8 є непридатними. Це обмеження діє і сьогодні, незалежно від того, використовуєте ви старіше обладнання 802.11g або новітнє 802.11n (2.4 ГГц) WiFi. Це одне з найбільш значущих обмежень.
Це переповнене. Це йде рука об руку з попереднім обмеженням. Хоча стандарти 802.11a (5 ГГц) та 802.11b (2.4 ГГц) були випущені, через різниці у витратах, лише 802.11b на той час отримало широке прийняття. Результат полягає в тому, що навіть сьогодні більшість трафіку WiFi використовує діапазон 2,4 ГГц.
Станьте на розі вулиць будь-якого міста пристойного розміру та запустіть програмне забезпечення для сканування WiFi. Ймовірно, ви побачите щонайменше 20 сигналів; Я бачив понад 40 в центрі Вашингтона, округ Колумбія. Тепер пам’ятайте, що всі 40 цих сигналів працюють лише на 3 каналах.
Це діапазон ISM і, за визначенням, відкритий для інших типів пристроїв. Існує безліч пристроїв без Wi-Fi, які можуть викликати перешкоди: мікрохвильові печі, бездротові телефони, пристрої Bluetooth, дитячі монітори, відеокамери, відкривачі гаражних дверей тощо.
Ці речі можуть сильно порушити вашу мережу і їх надзвичайно важко виявити без спеціалізованого апаратного та програмного забезпечення аналізатора спектру.
Далі ми поговоримо про діапазон 5 ГГц
На додаток до стандартного діапазону ISM (5.725-7.825 ГГц), FCC додав спектр з діапазонів UNII (Неліцензована національна інформаційна інфраструктура) для стимулювання використання бездротових технологій. Також зауважте, що різні регулюючі органи працюють над процесом додавання 195 МГц спектру, доступного в діапазоні 5 ГГц.
Обмеження 5 ГГц
Як ми обговорювали раніше, більш високі частоти не поширюються так далеко, як і не проникають через перешкоди. Порівняймо з діапазоном 2,4 ГГц у реальному використанні.
- На відкритому повітрі сигнали частотою 5 ГГц покриють приблизно 1/3 до ½ відстані.
- Корисна якість сигналу сильно погіршиться після пробивання через внутрішню стінку, на відміну від приблизно 3 стінок для сигналів 2,4 ГГц.
Це призводить до ще одного менш очевидного недоліку - вартості. Цінник на розгортання 5-ГГц (ну, дводіапазонної) WiFi мережі будь-якого розміру принаймні в 2,5 рази перевищує вартість еквівалентної мережі лише 2,4. Вам потрібно набагато більше точок доступу, як правило, від 2,5 до 3 разів. Додайте в кабелі, ліцензування, обслуговування тощо.
Деякі канали мають спільне використання. Конкретні канали позначаються як DFS, динамічний вибір частоти. Ці канали, розташовані в смугах UNII-2 та -2-розширених, поділяють спектр з деякими радіолокаційними системами, переважно в Європі.
Через це система WiFi повинна бути розроблена для сканування радіолокаційних імпульсів перед тим, як використовувати конкретні канали. Звичайно, якщо виявлені радіолокаційні імпульси, вони негайно відключають ці уражені канали.
Переваги 5 ГГц
Як ви ясно бачите на діаграмі вище, є набагато більше, ніж 3 канали. Також зауважте відстань між каналами - не менше 20 МГц. Це означає, що жоден канал не перетинається; всі вони можуть бути використані одночасно.
Набагато менш людно. На відміну від пристроїв 2,4 ГГц, пристрої частотою 5 ГГц набули широкого розповсюдження лише протягом останніх п'яти-шести років. Також є факт, що потрібен час для оновлення інфраструктури. Досі існує значна кількість підприємств, які працюють у мережах лише 2.4.
Дуже мало джерел перешкод. За винятком вищезгаданого радара на певних частотах, шанси невтручання Wi-Fi надзвичайно низькі.
Більш висока пропускна здатність. Теоретично обидва здатні до 600 Мбіт / с. Однак на практиці це не так, оскільки значна частина цієї розширеної можливості залежить від зв'язку каналів. Це необов'язковий режим, коли пристрій використовує одночасно кілька суміжних каналів. Пригадайте раніше, як ми обговорювали той факт, що в діапазоні 2.4 доступні лише 3 канали, що не перекриваються?
Ця методика використовує 2 з цих 3-х. Отже, ви не тільки дратуєте своїх сусідів, але всі перешкоди ко-каналу та суміжних каналів, ймовірно, змусять вашу мережу працювати набагато гірше. Підводячи підсумок, НЕ вмикайте зв'язок каналів у діапазоні 2.4.
Виходять деякі новіші стандарти, які використовують інші діапазони частот. Ми обговоримо їх у майбутній статті.
Для pdf офіційної карти спектру FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Сподіваюся, вам сподобалася ця стаття. Я думаю, що наступним моїм буде обговорення різних стандартів.
Якщо у вас є пропозиція щодо теми, що стосується WiFi або загальних мереж, повідомте мене в коментарях.