WiFi pamati 1. daļa: frekvences un kanāli
- Kategorija: Tīkls
1947. gadā ANO aģentūra Starptautiskā telekomunikāciju savienība (ITU) noteiktas radiofrekvenču spektra joslas noteica kā ISM. Ideja bija izveidot starptautisku frekvenču standartu, kas būtu rezervēts rūpnieciskajam, zinātniskajam un medicīnas aprīkojumam. Ironiski, ka telekomunikācija nebija sākotnējais mērķis.
Pirms mēs apspriežam sīkāku informāciju, es tikai gribu atzīmēt, ka šī raksta pamatā galvenokārt būs ASV likumdošanas joma. Dažādām regulatīvajām jomām ir īpašas prasības attiecībā uz pārraidītajām frekvencēm un jaudas iestatījumiem.
Lai arī ir divpadsmit ISM joslas, pagaidām mēs koncentrēsimies tikai uz divām no tām. Lielākā daļa cilvēku tos sauc par 2,4 GHz un 5 GHz joslām.
Sāksim ar 2,4 GHz ISM joslu (2 400 GHz – 2 500 GHz). Šis mazais, pārpildītais frekvenču komplekts ir visizmantotākais, neskatoties uz to, ka vairumam klēpjdatoru, viedtālruņu un planšetdatoru pēdējos gados ir uzstādīti dubultie radioaparāti.
Iemesls tam ir fizika. Vispārīgais īkšķa noteikums ir tāds, ka, jo zemāka frekvence, jo garāka izplatīšanās un labāka iespiešanās. Šeit ir 2 reālās pasaules piemēri:
- Jūs sēžat automašīnā pie pieturas gaismas. Kāds tuvojas tev blakus, ar radio skaļi pīkstot. Ja jums nepatīk viņu gaume mūzikā, iespējams, pavērsit savu logu. Daļa no šīs skaņas tiek samazināta, taču jūs droši vien joprojām dzirdēsit šo basu (zemfrekvences).
- Vēl viens piemērs ir ļoti specializēta radiosistēma, ko militārpersonas izmanto, lai sazinātos ar iegremdētajām zemūdenēm. To sauc par ELF (ārkārtīgi zemu frekvenci), un tā viļņa garums ir tik garš, ka nepieciešamā antena var būt jūdzes gara.
Labi, tāpēc tagad mēs zinām, ka zemākas frekvences piedāvā lielāku pārklājuma zonu un labāku signāla iekļūšanu caur šķēršļiem. Ja 2.4GHz josla ir tik lieliska, vai mums tiešām ir nepieciešams 5GHz? Atbilde ir jā.
2,4 GHz ierobežojumi
Tikai 3 kanāli, kas nepārklājas. 2,4 GHz josla ir sadalīta 14 kanālos, lielākoties 5MHz attālumā viens no otra. Šis 5MHz atstatums nebija problēma jau pirmajās bezvadu lietošanas dienās. Tajā laikā tehnoloģija bija ierobežota ar aptuveni 1 MB caurlaides spēju. Tad 1990. gadu beigās 802.11b ar tā spektra izkliedes tehnoloģiju kļuva par standartu.
Priekšrocība ir tā, ka tā varētu sasniegt 11Mbps caurlaidspēju. Negatīvie bija tas, ka tas izmantoja 22MHz spektra. Tātad, ja, piemēram, jūs izmantojat 6. kanālu, tad vismaz 4,5,7 un 8 kanāli nav izmantojami. Šis ierobežojums joprojām ir spēkā šodien neatkarīgi no tā, vai izmantojat vecāku 802.11g vai jaunāko 802.11n (2.4GHz) WiFi aprīkojumu. Tas ir viens no nozīmīgākajiem ierobežojumiem.
Tas ir pārpildīts. Tas iet roku rokā ar iepriekšējo ierobežojumu. Lai arī 802.11a (5GHz) un 802.11b (2.4GHz) standarti tika izlaisti, izmaksu atšķirību dēļ tikai 802.11b tolaik tika plaši pieņemti. Rezultāts ir tāds, ka pat šodien lielākā daļa WiFi trafika izmanto 2,4 GHz joslu.
Stāviet uz jebkuras pieklājīgas pilsētas centra ielas stūra un palaidiet WiFi skenēšanas programmatūru. Visticamāk, jūs redzēsit vismaz 20 signālus; Esmu redzējis vairāk nekā 40 Vašingtonas DC centrā. Tagad atcerieties, ka visi 40 šie signāli darbojas tikai 3 kanālos.
Tā ir ISM josla, un pēc definīcijas tā ir atvērta cita veida ierīcēm. Ir daudzas ierīces, kas nav WiFi un kuras var izraisīt traucējumus: mikroviļņu krāsnis, bezvada telefoni, Bluetooth ierīces, bērnu monitori, videokameras, garāžas durvju atvērēji utt.
Šīs lietas var nopietni izjaukt jūsu tīklu, un tās ir ārkārtīgi grūti noteikt bez specializētas spektra analizatoru aparatūras un programmatūras.
Tālāk mēs runāsim par 5GHz joslu
Papildus standarta ISM joslai (5.725-7.825GHz) FCC ir pievienojis spektru no UNII (Nelicencētas nacionālās informācijas infrastruktūras) joslām, lai stimulētu bezvadu tehnoloģiju izmantošanu. Ņemiet vērā arī to, ka dažādās regulatīvās aģentūras strādā, pievienojot 195 MHz frekvenču spektru, kas pieejams 5 GHz diapazonā.
5 GHz ierobežojumi
Kā mēs apspriedām iepriekš, augstākas frekvences neizplatās tik tālu, kā arī nešķērso arī šķēršļus. Salīdzināsim ar 2,4 GHz joslu reālajā pasaulē.
- Brīvā dabā 5 GHz signāli aptver apmēram 1/3 līdz ½ attāluma.
- Pēc caurduršanas caur 1 iekšējo sienu lietojamā signāla kvalitāte ievērojami pasliktināsies, salīdzinot ar aptuveni 3 sienām 2,4 GHz signāliem.
Tas rada vēl vienu mazāk acīmredzamu trūkumu, izmaksas. Cenu zīme jebkura lieluma 5GHz (labi, divjoslu) WiFi tīkla izvietošanai vismaz 2,5 reizes pārsniedz līdzvērtīga 2,4 tīkla tīkla izmaksas. Jums ir nepieciešams daudz vairāk piekļuves punktu, parasti no 2,5x3x. Pievienojiet kabeļus, licencēšanu, apkopi utt.
Daži kanāli tiek kopīgi izmantoti. Konkrēti kanāli tiek apzīmēti kā DFS, Dynamic Frequency Selection. Šie kanāli, kas atrodas UNII-2 un -2 paplašinātās joslās, dala spektru ar dažām radaru sistēmām, galvenokārt Eiropā.
Tādēļ WiFi sistēmai jābūt izveidotai, lai meklētu radara impulsus pirms konkrēto kanālu izmantošanas. Protams, ja tiek atklāti radara impulsi, tas nekavējoties atspējo šos kanālus.
5 GHz priekšrocības
Kā skaidri redzams iepriekš redzamajā tabulā, ir daudz vairāk nekā 3 kanāli. Ievērojiet arī kanālu atstatumu - vismaz 20MHz. Tas nozīmē, ka neviens kanāls nepārklājas; visi ir izmantojami vienlaicīgi.
Daudz mazāk pārpildīts. Atšķirībā no 2,4 GHz ierīcēm, 5 GHz ierīces ir plaši izplatītas tikai pēdējo piecu vai sešu gadu laikā. Pastāv arī fakts, ka infrastruktūras jaunināšana prasa laiku. Joprojām ievērojams skaits uzņēmumu pārvalda tikai 2.4 tīklus.
Ļoti maz traucējumu avotu. Izņemot iepriekšminēto radaru dažās frekvencēs, ne-WiFi traucējumu iespējas ir ārkārtīgi zemas.
Lielāka caurlaidspēja. Teorētiski abi ir spējīgi ar ātrumu 600Mbps. Tomēr praksē tas tā nav, jo liela daļa šīs uzlabotās iespējas ir atkarīga no kanālu savienošanas. Šis ir izvēles režīms, kad ierīce vienlaikus izmanto vairākus blakus esošus kanālus. Iepriekš atcerieties, kā mēs apspriedām faktu, ka 2.4 joslā ir pieejami tikai 3 kanāli, kas nepārklājas?
Šajā tehnikā tiktu izmantoti 2 no 3. Tātad, ne tikai jūs patiešām kairināsit savus kaimiņus, bet visi kanālu un blakus kanālu radītie traucējumi, iespējams, padarīs jūsu tīkla darbību daudz sliktāku. Apkopojot, NEIZSLĒDZIET kanālu savienošanu 2.4 joslā.
Iznāk daži jaunāki standarti, kas izmanto citus frekvenču diapazonus. Mēs tos apspriedīsim gaidāmajā rakstā.
FCC oficiālās spektra kartes pdf formātā: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Es ceru, ka jums patika šis raksts. Es domāju, ka mana nākamā būs diskusija par dažādiem standartiem.
Ja jums ir ieteikumi tēmai, kas saistīti ar WiFi vai vispārēju tīkla izveidošanu, ļaujiet man to komentēt.