Основи на WiFi, част 1: Честоти и канали
- Категория: Мрежа
През 1947 г. Международният съюз за далекосъобщения (ITU), агенция на ООН, определя определени ленти от радиочестотния спектър като ISM. Идеята беше да има международен стандарт за честотите, които бяха запазени за промишлено, научно и медицинско оборудване. По ирония на съдбата телекомуникациите не са били първоначалната цел.
Преди да обсъдим каквито и да било подробности, просто искам да отбележа, че тази статия ще се основава предимно на регулаторната област в САЩ. Различните регулаторни домейни имат специфични изисквания относно предаваните честоти и настройки на мощността.
Въпреки че има дванадесет ISM ленти, засега ще се концентрираме само върху две от тях. Повечето хора се отнасят към тях като 2,4GHz и 5GHz диапазони.
Да започнем с ISG честота на 2.4GHz (2.400GHz-2.500GHz). Този малък, претъпкан набор от честоти е най-широко използваният, въпреки факта, че по-голямата част от лаптопите, смартфоните и таблетите се предлагат с двойни радиостанции през последните няколко години.
Причината за това е физиката. Общото правило е, че колкото по-ниска е честотата, толкова по-дълго е разпространението и по-доброто проникване. Ето два примера от реалния свят:
- Седите в колата си на стоп светлина. Някой се дърпа до вас, като радиото му гръмва силно. Ако не харесвате техния вкус в музиката, може да навиете прозореца си. Част от този звук е намален, но вероятно все пак ще чуете този бас (ниска честота) много добре.
- Друг пример е много специализирана радиосистема, използвана от военните за комуникация с потопени подводници. Нарича се ELF (изключително ниска честота) и има дължина на вълната, толкова дълга, че необходимата антена може да бъде дълга.
Добре, така че сега знаем, че по-ниските честоти предлагат по-голяма площ на покритие и по-добро навлизане на сигнала през препятствия. Ако честотната честота на 2.4GHz е толкова голяма, наистина ли ни трябват 5GHz? Отговорът е да.
2.4 GHz Ограничения
Само 3 канала, които не се припокриват. Диапазонът 2.4GHz е разделен на 14 канала, повечето от тях 5MHz един от друг. Това 5MHz разстояние не беше проблем в много ранни дни на използване на безжична връзка. По това време технологията беше ограничена до около 1Mpbs пропускателна способност. Тогава в края на 90-те години 802.11b със своята технология с разширен спектър става стандарт.
Предимството е, че може да постигне 11Mbps пропускателна способност. Недостатъкът беше, че използва 22MHz от спектъра. Така че, ако например използвате канал 6, най-малкото каналите 4,5,7 и 8 са неизползваеми. Това ограничение важи и днес, независимо дали използвате по-старо 802.11g или най-новото 802.11n (2.4GHz) WiFi оборудване. Това е едно от най-значимите ограничения.
Тя е пренаселена. Това върви ръка за ръка с предишното ограничение. Въпреки че стандартите 802.11a (5GHz) и 802.11b (2.4GHz) бяха освободени, поради разликите в разходите, само 802.11b видяха широко разпространение по това време. Резултатът е, че дори и днес по-голямата част от WiFi трафика използва честотната честота на 2,4GHz.
Застанете в ъгъла на центъра на всеки град с приличен размер и стартирайте софтуер за сканиране на WiFi. По всяка вероятност ще видите поне 20 сигнала; Виждал съм над 40 в центъра на Вашингтон. Сега не забравяйте, че всички 40 от тези сигнали работят само на 3 канала.
Това е ISM диапазон и по дефиниция е отворен за други видове устройства. Има много устройства без WiFi, които могат да причинят смущения: микровълнови фурни, безжични телефони, Bluetooth устройства, бебешки монитори, видеокамери, отварящи се гаражни врати и др.
Тези неща могат сериозно да нарушат вашата мрежа и са изключително трудни за откриване без специализиран хардуер и софтуер за анализатор на спектър.
След това ще говорим за 5GHz честотната лента
В допълнение към стандартния ISM обхват (5.725-7.825GHz), FCC е добавил спектър от лентите на UNII (Нелицензирана национална информационна инфраструктура), за да стимулира използването на безжична технология. Също така имайте предвид, че различните регулаторни агенции работят чрез процеса на добавяне на 195MHz спектър, наличен в обхвата 5GHz.
Ограничения от 5GHz
Както обсъждахме по-рано, по-високите честоти не се разпространяват толкова далеч, нито проникват и през препятствия. Да сравним с честотната честота на 2.4GHz в реална употреба.
- На открито 5GHz сигналите ще покрият около 1/3 до ½ разстоянието.
- Полезното качество на сигнала ще се влоши значително след пробиване през 1 вътрешна стена, за разлика от около 3 стени за 2.4GHz сигнали.
Това води до друг по-малко очевиден недостатък - цена. Ценовият етикет за разгръщане на 5GHz (добре, двулентова) WiFi мрежа от всякакъв размер е поне 2,5 пъти по-голям от цената на еквивалентна 2.4 само мрежа. Имате нужда от много повече точки за достъп, обикновено 2,5x до 3x. Добавете в окабеляването, лицензирането, поддръжката и т.н.
Някои канали са за споделяне. Конкретните канали са обозначени като DFS, динамичен избор на честота. Тези канали, разположени в лентите на UNII-2 и -2 разширени, споделят спектъра с някои радарни системи, най-вече в Европа.
Поради това WiFi системата трябва да бъде проектирана да сканира за радарни импулси, преди да използва конкретните канали. Разбира се, ако се открият радарни импулси, той незабавно деактивира засегнатите канали.
Предимства на 5GHz
Както можете да видите ясно в диаграмата по-горе, има много повече от 3 канала. Също така забележете разстоянието на каналите - поне 20MHz. Това означава, че нито един канал не се припокрива; всички те могат да се използват едновременно.
Много по-малко пренаселено. За разлика от 2.4GHz устройства, 5GHz устройства са широко разпространени само през последните пет или шест години. Има и фактът, че е необходимо време за надграждане на инфраструктура. Все още има значителен брой предприятия, които работят с 2.4 само мрежи.
Много малко източници на смущения. С изключение на гореспоменатия радар на определени честоти, шансовете за не-WiFi намеса са изключително ниски.
По-висока пропусклива способност. Теоретично и двете са способни на 600Mbps. На практика обаче това не е така, защото голяма част от тази подобрена способност зависи от свързването на канала. Това е незадължителен режим, при който устройството използва няколко съседни канала едновременно. Спомнете си по-рано как обсъждахме факта, че има само 3 не-припокриващи се канала на разположение в диапазона 2.4?
Тази техника би използвала 2 от тези 3. Така че не само наистина бихте дразнили съседите си, всички смущения в съпътстващия канал и прилежащия канал вероятно биха направили мрежата ви много по-лоша. За да обобщим, НЕ разрешавайте свързване на канали в обхвата 2.4.
Излизат някои по-нови стандарти, които използват други честотни диапазони. Ще ги обсъдим в предстояща статия.
За pdf от официалната спектрална карта на FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Надявам се да ви е харесала тази статия. Мисля, че следващият ми ще бъде дискусия за различните стандарти.
Ако имате предложение за тема, свързано с WiFi или обща мрежа, уведомете ме в коментарите.