Osnove WiFi 1. dio: frekvencije i kanali
- Kategorija: Mreža
1947. Međunarodna unija za telekomunikacije (ITU), agencija UN-a, odredila je određene pojaseve RF spektra ISM-om. Ideja je bila uspostaviti međunarodni standard frekvencija rezerviran za industrijsku, znanstvenu i medicinsku opremu. Ironično je da telekomunikacije nisu bile prvotna svrha.
Prije nego što razgovaramo o bilo kakvim pojedinostima, samo želim napomenuti da će se ovaj članak prvenstveno temeljiti na američkoj regulatornoj domeni. Različite regulatorne domene imaju posebne zahtjeve u pogledu prenesenih frekvencija i postavki napajanja.
Iako postoji dvanaest ISM bendova, za sada ćemo se koncentrirati na samo dva. Većina ljudi ih naziva 2,4GHz i 5GHz.
Krenimo s ISM opsegom 2,4 GHz (2,400GHz-2,500GHz). Ovaj mali skup prenapunjenih frekvencija daleko se najčešće koristi unatoč činjenici da je većina prijenosnih računala, pametnih telefona i tableta opremljena dvostrukim radijima u posljednjih nekoliko godina.
Razlog za to je fizika. Opće pravilo je da što je niža frekvencija, to je duže širenje i bolja penetracija. Evo dva primjera iz stvarnog svijeta:
- Sjedite u svom automobilu na stop svjetlu. Netko se privuče pored vas i glasno mu zvecka. Ako vam se ne sviđa njihov ukus u glazbi, možete otvoriti prozor. Dio tog zvuka je smanjen, ali vjerojatno ćete i dalje dobro čuti bas (nisku frekvenciju).
- Drugi primjer je vrlo specijalizirani radio sustav koji vojska koristi za komunikaciju s potopljenim podmornicama. Zove se ELF (ekstremno niska frekvencija) i ima valnu duljinu tako dugu da potrebna antena može biti dugačka kilometrima.
Ok, sada znamo da niže frekvencije nude veće područje pokrivanja i bolji prodor signala kroz prepreke. Ako je opseg 2,4GHz tako velik, da li nam stvarno treba 5GHz? Odgovor je da.
Ograničenja od 2,4 GHz
Samo 3 kanala koji se ne preklapaju. Pojas 2,4GHz podijeljen je u 14 kanala, od kojih je većina 5MHz. Taj razmak od 5 MHz nije bio problem u vrlo ranim danima bežične upotrebe. Tadašnja tehnologija bila je ograničena na oko 1Mpbs propusne moći. Tada je u kasnim 1990-ima 802.11b sa svojom tehnologijom raširenog spektra postao standard.
Prednost je u tome što je mogao postići propusnost od 11Mbps. Loša strana je bila da koristi 22MHz spektra. Ako, na primjer, koristite kanal 6, u najmanju ruku kanali 4,5,7 i 8 su neupotrebljivi. Ovo ograničenje i danas vrijedi, koristite li stariju 802.11g ili najnoviju WiFi opremu od 802.11n (2.4GHz). Ovo je jedno od najznačajnijih ograničenja.
Prenapučena je. To ide ruku pod ruku s prethodnim ograničenjem. Iako su standardi 802.11a (5GHz) i 802.11b (2.4GHz) objavljeni, zbog razlika u troškovima, tada je tek 802.11b široko prihvaćeno. Rezultat je taj da i danas većina WiFi prometa koristi opseg 2,4 GHz.
Stanite na uglu ulice bilo kojeg grada pristojne veličine i pokrenite softver za WiFi skeniranje. Po svemu sudeći vidjet ćete barem 20 signala; Vidio sam preko 40 godina u centru Washingtona. Sada se sjetite da svih 40 ovih signala rade na samo 3 kanala.
To je pojam ISM-a i po definiciji otvoren za druge vrste uređaja. Postoji mnogo ne-WiFi uređaja koji mogu izazvati smetnje: mikrovalne pećnice, bežični telefoni, Bluetooth uređaji, baby monitori, video kamere, otvarači garažnih vrata itd.
Te stvari mogu ozbiljno poremetiti vašu mrežu i izuzetno ih je teško otkriti bez specijaliziranog hardvera i softvera za analizu spektra.
Dalje ćemo govoriti o pojasu od 5GHz
Pored standardnog ISM opsega (5.725-7.825GHz), FCC je dodao spektar iz UNII (Nelicencirane nacionalne informacijske infrastrukture) opsega koji potiču upotrebu bežične tehnologije. Također imajte na umu da različite regulatorne agencije rade kroz proces dodavanja raspona od 195 MHz u rasponu od 5 GHz.
Ograničenja od 5GHz
Kao što smo ranije raspravljali, veće frekvencije se ne šire tako daleko, niti također prodiraju kroz prepreke. Usporedimo to s frekvencijom 2,4 GHz u stvarnom svijetu.
- Na otvorenom će signali 5GHz prelaziti otprilike 1/3 do ½ udaljenosti.
- Korisna kvaliteta signala značajno će se pogoršati nakon probijanja unutarnjeg zida, za razliku od oko 3 zida za signale od 2,4 GHz.
To dovodi do još jednog, manje očitog nedostatka, troškova. Cijena za implementaciju 5GHz (dobro, dvopojasne) WiFi mreže bilo koje veličine najmanje je 2,5 puta veća od ekvivalentne mreže samo 2,4. Potrebno vam je puno više pristupnih točaka, obično 2,5x do 3x. Dodajte u kabliranje, licenciranje, održavanje itd.
Neki su kanali zajednička. Specifični kanali su označeni kao DFS, dinamički odabir frekvencije. Ti kanali smješteni u pojasevima UNII-2 i -2 proširenih dijele spektar s nekim radarskim sustavima, uglavnom u Europi.
Zbog toga WiFi sustav mora biti dizajniran za skeniranje radarskih impulsa prije korištenja određenih kanala. Naravno ako se otkriju radarski impulsi, to odmah onemogućuje one pogođene kanale.
Prednosti 5GHz
Kao što jasno možete vidjeti na gornjem grafikonu, postoji puno više od 3 kanala. Također uočite razmak kanala - najmanje 20MHz. To znači da se nijedan kanal ne preklapa; svi su istovremeno upotrebljivi.
Mnogo manje gužve. Za razliku od uređaja koji rade na 2,4 GHz, uređaji od 5 GHz postali su široko rasprostranjeni u posljednjih pet ili šest godina. Također postoji činjenica da je potrebno vrijeme za nadogradnju infrastrukture. Još uvijek postoji značajan broj tvrtki koje pokreću samo 2.4.
Vrlo malo izvora smetnji. Osim već spomenutog radara na određenim frekvencijama, šanse za ne-WiFi interferencije su izuzetno malene.
Veća propusna sposobnost. Teoretski oba su sposobna od 600Mbps. Međutim, u praksi to nije slučaj jer velik dio te poboljšane sposobnosti ovisi o povezivanju kanala. Ovo je neobavezni način gdje uređaj istodobno koristi više susjednih kanala. Sjetite se ranije kako smo razgovarali o činjenici da su u 2,4-opsegu dostupni samo 3 kanala koji se ne preklapaju?
Ova bi tehnika koristila dvije od tih 3. Dakle, ne samo da biste jako iritirali svoje susjede, sve smetnje u kanalu i susjednom kanalu vjerojatno bi učinile vašu mrežu znatno lošijom. Da zaključimo, NE omogućavajte povezivanje kanala u 2,4 opsegu.
Izlaze neki noviji standardi koji koriste druge frekvencije. O njima ćemo razgovarati u nadolazećem članku.
Za pdf of FCC službene mape spektra: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Nadam se da ste uživali u ovom članku. Mislim da će moja sljedeća biti rasprava o različitim standardima.
Ako imate prijedlog teme koji se odnosi na WiFi ili općenito umrežavanje, javite mi u komentarima.