Základy WiFi, část 1: Frekvence a kanály
- Kategorie: Síť
V roce 1947, Mezinárodní telekomunikační unie (ITU), agentura OSN, určila některá pásma RF spektra jako ISM. Záměrem bylo mít mezinárodní standard frekvencí, které byly vyhrazeny pro průmyslové, vědecké a lékařské vybavení. Je ironií, že telekomunikace nebyly původním účelem.
Než budeme diskutovat o podrobnostech, chci jen poznamenat, že tento článek bude primárně založen na regulační doméně USA. Různé regulační domény mají specifické požadavky týkající se přenášených frekvencí a nastavení výkonu.
Ačkoli existuje dvanáct ISM pásem, prozatím se soustředíme na dvě z nich. Většina lidí na ně odkazuje jako na pásma 2,4 GHz a 5 GHz.
Začněme s pásmem ISM 2,4 GHz (2 400 GHz až 2 500 GHz). Tato malá, přeplněná sada frekvencí je zdaleka nejpoužívanější, přestože většina notebooků, smartphonů a tabletů je v posledních několika letech vybavena duálními rádii.
Důvodem je fyzika. Obecným pravidlem je, že čím nižší je frekvence, tím delší je šíření a lepší penetrace. Zde jsou 2 příklady z reálného světa:
- Sedíte ve svém autě na brzdovém světle. Někdo se zvedne vedle vás a jejich rádio hlasitě zvoní. Pokud se vám nelíbí jejich vkus v hudbě, můžete okno vyklopit. Některý z těchto zvuků je snížen, ale pravděpodobně budete stále dobře slyšet basy (nízká frekvence).
- Dalším příkladem je velmi specializovaný rádiový systém používaný armádou pro komunikaci s ponořenými ponorkami. Říká se tomu ELF (Extremely Low Frequency) a má vlnovou délku tak dlouhou, že požadovaná anténa může být dlouhá míle.
Dobře, takže nyní víme, že nižší frekvence nabízejí větší pokrytí a lepší pronikání signálu přes překážky. Pokud je pásmo 2,4 GHz tak skvělé, potřebujeme opravdu 5 GHz? Odpověď je ano.
Omezení 2,4 GHz
Pouze 3 nepřekrývající se kanály. Pásmo 2,4 GHz je rozděleno na 14 kanálů, většina z nich s odstupem 5 MHz. To, že mezera 5MHz nebyla v prvních dnech bezdrátového použití problém. Technologie v té době byla omezena na přibližně 1 Mbps propustnosti. Na konci 90. let se standard 802.11b s technologií rozšířeného spektra stal standardem.
Výhodou je, že může dosáhnout propustnosti 11 Mb / s. Nevýhodou bylo, že využilo 22MHz spektra. Pokud například používáte kanál 6, pak jsou kanály 4,5,7 a 8 nepoužitelné. Toto omezení platí i dnes, ať už používáte starší 802.11g nebo nejnovější 802.11n (2,4GHz) WiFi zařízení. To je jedno z nejvýznamnějších omezení.
Je přeplněné. To jde ruku v ruce s předchozím omezením. Ačkoli byly vydány standardy 802.11a (5GHz) a 802.11b (2,4GHz), kvůli nákladovým rozdílům se v té době rozšířilo přijetí pouze u standardu 802.11b. Výsledkem je, že i dnes většina WiFi provozu využívá pásmo 2,4 GHz.
Postavte se v centru ulice každého slušného města a spusťte skenovací software WiFi. Se vší pravděpodobností uvidíte alespoň 20 signálů; Viděl jsem více než 40 v centru Washingtonu DC. Nyní nezapomeňte, že všech 40 těchto signálů pracuje pouze na 3 kanálech.
Jedná se o pásmo ISM a podle definice otevřené pro další typy zařízení. Existuje mnoho zařízení jiných než Wi-Fi, které mohou způsobovat rušení: mikrovlnné trouby, bezdrátové telefony, zařízení Bluetooth, dětské monitory, videokamery, otvírače garážových vrat atd.
Tyto věci mohou vážně narušit vaši síť a je obtížně detekovatelné bez specializovaného hardwaru a softwaru analyzátoru spektra.
Dále budeme hovořit o pásmu 5GHz
Kromě standardního pásma ISM (5,725-7,825 GHz) přidala FCC spektrum z pásem UNII (Unlicensed National Information Infrastructure), aby podpořila používání bezdrátové technologie. Také si všimněte, že různé regulační agentury pracují na procesu přidávání 195MHz spektra dostupného v rozsahu 5GHz.
5GHz omezení
Jak jsme diskutovali dříve, vyšší frekvence se nešíří tak daleko, ani nepronikají překážky. Pojďme porovnat s pásmem 2,4 GHz v reálném světě.
- Ve venkovním prostředí pokryjí signály 5 GHz asi 1/3 až ½ vzdálenosti.
- Použitelná kvalita signálu se značně sníží po proražení 1 vnitřní stěnou, na rozdíl od asi 3 stěn pro signály 2,4 GHz.
To vede k další méně zřejmé nevýhodě, nákladům. Cena za nasazení 5GHz (dobře, dvoupásmové) WiFi sítě jakékoli velikosti je alespoň 2,5násobek nákladů oproti ekvivalentní 2,4 síťové síti. Potřebujete mnohem více přístupových bodů, obvykle 2,5x až 3x. Přidejte kabeláž, licence, údržbu atd.
Některé kanály jsou sdíleny. Specifické kanály jsou označeny jako DFS, Dynamic Frequency Selection. Tyto kanály, umístěné v UNII-2 a -2 rozšířených pásmech, sdílejí spektrum s některými radarovými systémy, většinou v Evropě.
Z tohoto důvodu musí být WiFi systém navržen tak, aby před použitím jednotlivých kanálů vyhledával radarové impulzy. Samozřejmě, pokud jsou detekovány radarové impulzy, okamžitě deaktivuje ty ovlivněné kanály.
Výhody 5GHz
Jak je patrné z výše uvedené tabulky, existuje mnohem více než 3 kanály. Všimněte si také rozestupu kanálů - nejméně 20 MHz. To znamená, že se žádné kanály nepřekrývají; všechny jsou použitelné současně.
Mnohem méně přeplněné. Na rozdíl od zařízení 2,4 GHz se zařízení 5 GHz rozšířila až za posledních pět nebo šest let. Je tu také skutečnost, že modernizace infrastruktury vyžaduje určitý čas. Stále existuje značné množství podniků provozujících pouze sítě 2.4.
Velmi málo zdrojů rušení. S výjimkou výše uvedeného radaru na určitých kmitočtech je šance na rušení bez Wi-Fi extrémně nízká.
Vyšší propustnost. Teoreticky jsou oba schopné rychlosti 600 Mb / s. V praxi tomu tak však není, protože velká část této rozšířené schopnosti závisí na propojení kanálů. Jedná se o volitelný režim, kdy zařízení používá více sousedních kanálů současně. Pamatujete si dříve, jak jsme diskutovali o skutečnosti, že v pásmu 2,4 jsou k dispozici pouze 3 nepřekrývající se kanály?
Tato technika by použila 2 z těchto 3. Takže nejenže byste opravdu podrážděli své sousedy, veškeré interkanálové a sousední kanálové rušení by pravděpodobně způsobilo, že by vaše síť fungovala mnohem horší. Abychom to shrnuli, NEPovolujte propojení kanálů v pásmu 2,4.
Existují některé novější standardy, které využívají jiné frekvenční rozsahy. Budeme o nich diskutovat v nadcházejícím článku.
PDF oficiální mapy spektra FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Doufám, že se vám tento článek líbil. Myslím, že moje další bude diskuse o různých standardech.
Pokud máte návrh tématu týkající se WiFi nebo obecné sítě, dejte mi vědět v komentářích.