Кто-то считает, что Wi-Fi — это и есть интернет, без которого невозможно открывать любимые сайты ни с компьютера, ни с телефона. Другие думают, что это такое устройство, относя сюда роутеры (маршрутизаторы).
Технология Wi-Fi. Что это? Для чего нужно и как пользоваться?
На заре эпохи домашнего интернета массивы проводов каждый прятал как мог. Их «вшивали» в плинтус, крепили по периметру стены, запаковывали в пакеты от пыли. В компьютерных столах даже отверстия специальные были для протяжки сетевого кабеля. Но с популяризацией беспроводных технологий Wi-Fi необходимость «шифрования» кабелей пропала.
Сравнительно новая технология позволяет получать доступ в сеть «по воздуху», при условии наличия точки доступа – маршрутизатора или иного схожего по функционалу устройства. Впервые о том, что такое Wi-Fi заговорили в 1991 году, когда стандарты только тестировались, а широкую популярность они обрели только ближе к 2010 году.
Что собой представляет Wi-Fi?
Wi-Fi – это не интернет как таковой, а современный стандарт обмена данными между устройствами, оснащенными специальными радиомодулями. Модули Вай-Фай устанавливаются на львиную долю производимой сегодня электроники и техники. Так, изначально ими комплектовались только носимые компьютеры, мобильные телефоны и наладонники, но с недавних пор возможность поддерживать связь с глобальной сетью и другими устройствами есть у фотоаппаратов, принтеров и даже мультиварок.
Обязательным атрибутом для выхода в сеть посредством Wi-Fi является точка доступа. По обыкновению в этой роли выступает маршрутизатор – устройство, внешне напоминающее компактную коробочку с антеннами и набором типовых гнезд для подключения проводного интернета. Сама «коробочка» связана с интернетом через провод витой пары, а через антенны она «раздает» принимаемые из сети данные и передает в сеть данные, передаваемые с подключенных «по воздуху» устройств.
Помимо маршрутизатора в качестве точки доступа можно использовать ноутбук, мобильный телефон или планшет. Все эти устройства, а также набирающие популярность мобильные маршрутизаторы, должны быть подключены к глобальной сети через мобильную связь (sim-карту с GPRS, 3G, 4G). Принцип приема/передачи данных такой же, как у проводного маршрутизатора.
При этом технология была «умной» — сигналы обрабатывались, а затем объединялись в единое целое, что давало возможность добиться пропускной способности в 600 Мбит/с, во всяком случае, в теории. В целом, MIMO и положила начало развитию современного WiFi — скоростного, надежного и дальнобойного.
Что такое интернет
Если взять два (и более) компьютера или мобильных устройства и соединить их между собой кабелем или другим возможным способом, то получится небольшая сеть. Внутри неё устройства смогут свободно обмениваться различными данными: текстовыми сообщениями, музыкой, видео, а также любой другой информацией. Таким способом можно организовать сеть компьютеров в фирме или в собственном доме.
Устройства будут связаны только между собой, без доступа к какой-либо внешней информации. Такая сеть называется локальной, потому что её можно создать на ограниченной территории: от одной комнаты до небольшого района. Малые сети редко бывают обособленными, обычно, они объединены в более крупные, а те в свою очередь – в ещё более масштабные.
Обратите внимание: часто под словом «интернет» подразумевается всемирная паутина (World Wide Web, WWW) – самая известная система передачи данных. Именно с ней взаимодействуют люди, когда открывают браузер на компьютере или смартфоне, заходят на страницы поисковых систем и по определённому запросу начинают просматривать различные сайты. Также существуют отдельные системы, необходимые для обеспечения работы электронной почты, различных чатов и мессенджеров, хранения файлов и других сервисов.
Интернет – это система, которая позволяет объединить огромное количество сетей для обмена, обработки и хранения любого вида информации. Каждая отдельная сеть создана по собственной схеме для каких-либо нужд, но, чтобы взаимодействовать между собой, все сети должны подчиняться определённым правилам и стандартам. Именно они и являются той системой или сводом правил, которые принято называть интернетом.
Что такое Wi-Fi
Для того чтобы открыть сайт на компьютере или отправить картинку на смартфоне, нужно каким-то образом подключиться к интернету. Вай-фай это одна из наиболее популярных технологий, позволяющих это сделать.
Wi-Fi (расшифровка от английского Wireless Fidelity – беспроводная привязанность) – это торговое название технологии, которая передаёт сигнал WLAN (от английского Wireless Local Area Network — беспроводная локальная сеть) с помощью радиоволн. С практической точки зрения она позволяет подключить пользовательское устройство к интернету, не используя при этом каких-либо проводов. Чаще всего Wi-Fi используется в смартфонах, планшетах и ноутбуках.
Каждая Wi-Fi сеть – это локальная сеть, которая может иметь доступ к интернету или быть полностью обособленной от него. Чтобы создать такую сеть, требуется устройство для передачи беспроводных сигналов. Это может быть маршрутизатор (роутер), смартфон или компьютер. Созданная сеть распространяется на расстояние до 100 метров, хотя гораздо чаще встречаются ограничения до 10-35 метров. Точный радиус действия и скорость подключения к интернету зависят от мощности самого устройства, окружающей среды(в том числе стен), количества подключенных устройств и конкретной удалённости от источника.
В стандарте 802.11n появилась возможность использовать каналы шириной 40 МГц и засчет этого увеличивать скорость передачи. В последнем стандарте вайфай 802.11ас можно использовать ширину канала 80 МГц и 160 МГц. Однако поддержка каналов 160 МГц обеспечивается по возможности и желанию производителя.
С чего все началось
Наверное, не будет ошибкой сказать, что датой рождения технологии является 1985 год. Тогда Федеральная служба по связи США официально разрешила использовать определенные частоты радиоспектра без лицензии. Эту инициативу поддержали и другие страны, так что бизнес быстро понял — в этой нише можно заработать. Один за другим стали появляться проекты беспроводной связи, которые разные компании пытались коммерциализировать.
Лишь в самом конце прошлого века, в 1997 году, появились первые спецификации беспроводной связи WiFi. Первое поколение, 802.11, давало возможность передавать данные со скоростью в 2 Мбит/с, при том, что радиус действия модуля был очень небольшим. Да и стоимость оборудования, которое обеспечивало беспроводную передачу данных, была просто заоблачной.
Затем, где-то в 1999 году, появились прототипы двух редакций базового стандарта: 802.11b и 802.11a. Они обеспечивали невиданную скорость передачи данных по воздуху — вплоть до 11 Мбит/с. Радиодиапазон при этом использовался тот же, что и сейчас — 2,4 ГГц. Радиус действия был гораздо большим, чем у самого первого поколения WiFi. Радиооборудование становится все более доступным — его могут купить уже и обычные пользователи.
Чуть позже скорость увеличили до 54 Мбит/с, воспользовавшись диапазоном в 5 ГГц и назвав спецификацию 802.11a. Именно тогда и закрепилось название WiFi, которое сейчас является обозначением спецификации 802.11.
Кроме того, разработчики стали заботиться о безопасности передаваемых данных лучше, чем раньше. Так, на смену дырявому WEP пришел WPA (англ. — Wi-Fi Protected Access). Еще год спустя, в 2004, появился протокол WPA2, который стал весьма надежно защищать беспроводные сети.
Спустя десять лет
Да, в течение десяти лет технология развивалась, но не очень быстро — пропускной способности канала вполне было достаточно для потребностей пользователей того времени. Но затем стало понятно, что дальше так продолжаться не может — нужен новый стандарт, который позволил бы передавать больше данных за единицу времени.
Основная причина в том, что качество фото и видео возросли, причем очень значительно, по сравнению с концом 20-го века. Стоит только посмотреть фотографии начала 2000-х, сравнив их с цифровым контентом более раннего времени, и все станет понятно.
В целом, технологии не стояли на месте, в 2003-м, например, появилась спецификация 802.11g. Но это не было чем-то принципиально новым — разработчики воспользовались технологией диапазона 5 ГГц, адаптировав ее для диапазона 2,4 ГГц. К слову, количество членов WiFi Alliance стало тоже расти, как на дрожжах. В 2003 году их стало более 100. Соответственно, все больше компаний разрабатывали оборудование, совместимое с беспроводным стандартом WiFI.
Сейчас трудно встретить человека, не знающего о том, что такое интернет. Слова «блоги», «социальные сети», «мессенджеры», «ютуб» прочно вошли в повседневную речь и не вызывают каких-либо проблем с пониманием.
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 2014 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.
Представление сигнала
В современных стандартах wi-fi для передачи данных используется метод мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFMD). Данные передаются параллельно на разных частотах. Хотя на картинке частоты накладываются друг на друга, но метод OFMD позволяет надежно распознавать сигналы.
Каналы в диапазоне 2.4 ГГц
Каналы в диапазоне 2.4 ГГц для передачи данных используется 14 каналов, на картинке перечислены их частоты. Каналы немного сдвинуты друг относительно друга, но все равно частично перекрываются.
Таким образом количество вай фай сетей, которые находятся в одном и том же месте ограничены количеством каналов их не может быть больше, чем 14. Если в одной и той же области будет работать больше, чем 14 сетей, им не хватит каналов. Такая ситуация известна, “как вай фай джунгли” и она довольно часто встречается, например в жилых домах где установлен вайфай роутер для доступа в интернет в каждой квартире.
Ширина канала wi-fi
Вай фай может использовать каналы разной ширины. Ширина канала это разность между максимальной и минимальной частотой, на которые можно передавать данные. Чем шире канал, тем более качественно мы можем передавать данные, следовательно, тем выше скорость передачи данных.
В стандарте 802.11n появилась возможность использовать каналы шириной 40 МГц и засчет этого увеличивать скорость передачи. В последнем стандарте вайфай 802.11ас можно использовать ширину канала 80 МГц и 160 МГц. Однако поддержка каналов 160 МГц обеспечивается по возможности и желанию производителя.
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.
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.
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.
