Podstawy Wi-Fi Część 1: Częstotliwości i kanały
- Kategoria: Sieć
W 1947 roku Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU), agencja ONZ, oznaczył określone pasma częstotliwości radiowych jako ISM. Pomysł polegał na stworzeniu międzynarodowego standardu częstotliwości zarezerwowanych dla sprzętu przemysłowego, naukowego i medycznego. Jak na ironię, telekomunikacja nie była pierwotnym celem.
Zanim omówimy jakiekolwiek szczegóły, chcę tylko zauważyć, że ten artykuł będzie oparty głównie na domenie regulacyjnej Stanów Zjednoczonych. Różne dziedziny regulacyjne mają określone wymagania dotyczące transmitowanych częstotliwości i ustawień mocy.
Chociaż istnieje dwanaście zespołów ISM, na razie skupimy się tylko na dwóch z nich. Większość ludzi nazywa je pasmami 2,4GHz i 5GHz.
Zacznijmy od pasma ISM 2,4 GHz (2,400–2,500 GHz). Ten mały, zatłoczony zestaw częstotliwości jest zdecydowanie najczęściej używany, mimo że większość laptopów, smartfonów i tabletów jest wyposażona w podwójne radia w ciągu ostatnich kilku lat.
Powodem tego jest fizyka. Ogólna zasada jest taka, że im niższa częstotliwość, tym dłuższa propagacja i lepsza penetracja. Oto 2 przykłady ze świata rzeczywistego:
- Siedzisz w samochodzie na światłach stopu. Ktoś zatrzymuje się obok ciebie z głośnym dźwiękiem radia. Jeśli nie podoba ci się ich gust muzyczny, możesz zakręcić okno. Część tego dźwięku jest zredukowana, ale prawdopodobnie nadal będziesz bardzo dobrze słyszeć ten bas (niską częstotliwość).
- Innym przykładem jest bardzo wyspecjalizowany system radiowy używany przez wojsko do komunikacji z zanurzonymi okrętami podwodnymi. Nazywa się ELF (Extremely Low Frequency) i ma długość fali tak długą, że wymagana antena może mieć długość mil.
Okej, więc teraz wiemy, że niższe częstotliwości oferują większy obszar zasięgu i lepszą penetrację sygnału przez przeszkody. Jeśli pasmo 2,4 GHz jest tak świetne, czy naprawdę potrzebujemy 5 GHz? Odpowiedź brzmi tak.
Ograniczenia 2,4 GHz
Tylko 3 nie nakładające się kanały. Pasmo 2,4 GHz jest podzielone na 14 kanałów, z których większość dzieli 5 MHz. Odstęp 5 MHz nie był problemem w pierwszych dniach użytkowania bezprzewodowego. Technologia w tamtym czasie była ograniczona do około 1 Mb / s przepustowości. Następnie pod koniec lat 90. standardem stał się 802.11b z technologią widma rozproszonego.
Zaletą jest to, że może osiągnąć przepustowość 11 Mb / s. Wadą było to, że wykorzystywał 22 MHz widma. Więc jeśli na przykład używasz kanału 6, to przynajmniej kanały 4, 5, 7 i 8 są bezużyteczne. To ograniczenie nadal obowiązuje, niezależnie od tego, czy używasz starszego sprzętu Wi-Fi 802.11g, czy najnowszego 802.11n (2,4 GHz). To jedno z najważniejszych ograniczeń.
Jest przepełniony. To idzie ręka w rękę z poprzednim ograniczeniem. Chociaż standardy 802.11a (5GHz) i 802.11b (2.4GHz) zostały wydane, ze względu na różnice w kosztach, tylko 802.11b spotkał się z powszechnym przyjęciem w tamtym czasie. W rezultacie nawet dzisiaj większość ruchu Wi-Fi wykorzystuje pasmo 2,4 GHz.
Stań na rogu ulicy w centrum każdego przyzwoitego miasta i uruchom oprogramowanie do skanowania WiFi. Najprawdopodobniej zobaczysz co najmniej 20 sygnałów; Widziałem ponad 40 w centrum Waszyngtonu. Teraz pamiętaj, że wszystkie 40 z tych sygnałów działa tylko na 3 kanałach.
Jest to pasmo ISM iz definicji otwarte dla innych typów urządzeń. Istnieje wiele urządzeń innych niż WiFi, które mogą potencjalnie powodować zakłócenia: kuchenki mikrofalowe, telefony bezprzewodowe, urządzenia Bluetooth, elektroniczne nianie, kamery wideo, otwieracze do drzwi garażowych itp.
Te rzeczy mogą poważnie zakłócić działanie sieci i są niezwykle trudne do wykrycia bez specjalistycznego sprzętu i oprogramowania do analizowania widma.
Następnie porozmawiamy o paśmie 5GHz
Oprócz standardowego pasma ISM (5,725-7,825 GHz), FCC dodał widmo z pasm UNII (nielicencjonowanej krajowej infrastruktury informatycznej), aby zachęcić do korzystania z technologii bezprzewodowej. Należy również zauważyć, że różne agencje regulacyjne pracują nad procesem dodawania 195 MHz widma dostępnego w zakresie 5 GHz.
Ograniczenia 5 GHz
Jak omówiliśmy wcześniej, wyższe częstotliwości nie rozchodzą się tak daleko, jak również nie przenikają przez przeszkody. Porównajmy z pasmem 2,4 GHz w realnym świecie.
- Na wolnym powietrzu sygnały 5GHz pokrywają około 1/3 do ½ odległości.
- Użyteczna jakość sygnału znacznie się pogorszy po przebiciu 1 ściany wewnętrznej, w przeciwieństwie do około 3 ścian dla sygnałów 2,4 GHz.
Prowadzi to do kolejnej, mniej oczywistej wady, kosztu. Koszt wdrożenia dowolnej wielkości sieci Wi-Fi 5 GHz (dobrze, dwuzakresowej) jest co najmniej 2,5-krotny kosztem równoważnej sieci opartej tylko na 2,4. Potrzebujesz dużo więcej punktów dostępowych, zazwyczaj 2,5x do 3x. Dodaj okablowanie, licencje, konserwację itp.
Niektóre kanały są do wspólnego użytku. Poszczególne kanały są oznaczone jako DFS, dynamiczny wybór częstotliwości. Kanały te, zlokalizowane w rozszerzonych pasmach UNII-2 i -2, dzielą widmo z niektórymi systemami radarowymi, głównie w Europie.
Z tego powodu system WiFi musi być tak zaprojektowany, aby skanować w poszukiwaniu impulsów radaru przed użyciem poszczególnych kanałów. Oczywiście, jeśli wykryte zostaną impulsy radaru, natychmiast wyłącza te kanały.
Zalety 5 GHz
Jak widać na powyższym wykresie, jest dużo więcej niż 3 kanały. Zwróć także uwagę na odstępy międzykanałowe - co najmniej 20 MHz. Oznacza to, że żadne kanały się nie nakładają; wszystkie są używane jednocześnie.
O wiele mniej zatłoczone. W przeciwieństwie do urządzeń 2,4 GHz, urządzenia 5 GHz stały się szeroko rozpowszechnione w ciągu ostatnich pięciu lub sześciu lat. Jest też fakt, że modernizacja infrastruktury wymaga czasu. Nadal istnieje znaczna liczba firm obsługujących tylko sieci 2,4.
Bardzo niewiele źródeł zakłóceń. Z wyjątkiem wspomnianego radaru działającego na określonych częstotliwościach, szanse na zakłócenia niezwiązane z WiFi są bardzo niskie.
Wyższa przepustowość. Teoretycznie oba są zdolne do 600 Mb / s. Jednak w praktyce tak nie jest, ponieważ wiele z tych zwiększonych możliwości zależy od łączenia kanałów. Jest to opcjonalny tryb, w którym urządzenie korzysta jednocześnie z wielu sąsiednich kanałów. Pamiętasz wcześniej, jak rozmawialiśmy o tym, że w paśmie 2,4 dostępne są tylko 3 nienakładające się kanały?
Ta technika wykorzystywałaby 2 z tych 3. Tak więc, nie tylko naprawdę irytowałbyś swoich sąsiadów, wszystkie zakłócenia międzykanałowe i sąsiednie prawdopodobnie spowodowałyby, że twoja sieć działałaby znacznie gorzej. Podsumowując, NIE WOLNO włączać łączenia kanałów w paśmie 2.4.
Pojawiają się nowsze standardy, które wykorzystują inne zakresy częstotliwości. Omówimy je w kolejnym artykule.
PDF z oficjalną mapą widma FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Mam nadzieję, że podobał Ci się ten artykuł. Myślę, że moim następnym będzie dyskusja na temat różnych standardów.
Jeśli masz propozycję tematyczną dotyczącą WiFi lub ogólnej sieci, daj mi znać w komentarzach.