Оглавление
Пропускная способность сетей Wi-Fi постоянно увеличивалась на протяжении всего срока существования стандарта. Более двух десятилетий в беспроводных сетях наблюдалось резкое увеличение скорости передачи данных.
В этой статье мы рассмотрим историю и эволюцию Wi-Fi и проанализируем, как и почему увеличилась максимальная скорость технологии... и продолжает увеличиваться!
Эволюция беспроводных сетей
Wi-Fi определяется стандартом IEEE 802.11. Оригинальный стандарт, выпущенный в 1997 году, обеспечивал максимальную пропускную способность сети 2 Мбит/с. Последняя, еще не выпущенная версия технологии, определенная стандартом IEEE 802.11be, который, как ожидается, будет официально опубликован в начале 2024 года, должна обеспечить пропускную способность 40 Гбит/с.
Это феноменальное 20 000-кратное увеличение скорости пропускной способности!!!
Смотрите также: Как подключить ADT Pulse к WiFiИсторическая прогрессия пропускной способности беспроводных сетей
Ниже показаны основные вехи развития Wi-Fi и указаны даты, максимальная скорость и частоты, используемые каждым стандартом. Также указано официальное название стандарта Wi-Fi, которое использовалось для последних итераций стандарта:
- 1997
- 1999
- 1999
- 2003
- 2008
- 2014
- 2019
- 2020
- 2024*
\* Оценка
Что влияет на скорость сети Wi-Fi?
Многие факторы сети Wi-Fi влияют на достижимую пропускную способность сети. К тем факторам, которые больше всего влияют на пропускную способность, относятся:
- Используемые частотные диапазоны
- Ширина канала
- Методы модуляции
- Расположение антенн
- Мощность процессора
Частотные диапазоны
Частота беспроводного сигнала, используемого для передачи данных, влияет на максимальную пропускную способность беспроводного канала. Как правило, чем выше частота, тем более высоких скоростей можно достичь. Это связано с тем, что более высокие частоты имеют более высокую пропускную способность и плотность передачи данных.
Безлицензионные полосы частот
Wi-Fi использует нелицензируемые частотные диапазоны, которые доступны в большинстве стран мира. Нелицензируемые означает, что они могут свободно использоваться без получения предварительного разрешения на их использование до тех пор, пока уровень сигнала остается в пределах законных ограничений. Эти частотные диапазоны находятся в диапазонах 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц. Конкретные диапазоны следующие:
- 2,4 ГГц: 2,401 - 2,495 ГГц с 11-14 перекрывающимися каналами
- 5 ГГц: 5,030 - 5,990 ГГц с более чем 25 непересекающимися каналами
- 6 ГГц: 5,945 - 7,125 ГГц с более чем 50 непересекающимися каналами
Количество доступных каналов Wi-Fi для каждого диапазона зависит от страны или региона мира. Ширина канала для всех трех диапазонов составляет 20 МГц.
На следующем изображении показан диапазон частот и каналы, доступные в диапазоне 2,4 ГГц.
Обратите внимание, что непересекающихся каналов всего три - те, что отмечены красным цветом. Остальные перекрываются. Это показывает, насколько мала и негибка эта конкретная полоса Wi-Fi.
Помехи
Кроме того, пропускная способность сети зависит от потенциальных помех, которые может испытывать беспроводное сетевое устройство от близлежащих источников на тех же частотах.
Интернет-провайдеры часто обеспечивают подключение к Интернету с помощью беспроводных маршрутизаторов, которые работают на тех же частотах, что и другие беспроводные устройства, поэтому потенциал для помех велик. Диапазон 2,4 ГГц очень переполнен, в то время как диапазоны 5 и 6 ГГц гораздо просторнее, в них меньше потенциал для помех и, следовательно, выше средняя пропускная способность.
Ширина канала
Каждый частотный диапазон в доступном спектре предоставляет каналы стандартной ширины 20 МГц. Однако различные стандарты Wi-Fi обеспечивают возможность объединения каналов для формирования более широких беспроводных каналов с целью увеличения пропускной способности.
Стандарты, использующие соединение каналов
Например, стандарт 802.11n, работающий в диапазоне 2,4 ГГц, может объединять два канала по 20 МГц в один канал 40 МГц, обеспечивая клиенту большую пропускную способность. Аналогично, стандарт 802.11ax, также известный как Wi-Fi 6, может объединять несколько каналов в канал шириной 40, 80 или даже 160 МГц.
Плюсы и минусы объединения каналов
Объединение каналов является важным достижением, которое помогло добиться более высокой пропускной способности беспроводных сетей. Однако объединение каналов занимает больше доступного спектра, что увеличивает вероятность помех для других устройств.
Методы модуляции
Модуляция - это метод, с помощью которого информация кодируется в беспроводном сигнале. Чем эффективнее метод модуляции, тем выше плотность данных в сигнале; таким образом, достигаются более высокие скорости.
В первоначальном стандарте 802.11 в качестве схемы модуляции использовались схемы прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS) и частотно-скачкообразной модуляции (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS), которые в более поздних итерациях стандарта уступили место ортогональному частотному мультиплексированию (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM) и мультиплексированию с множественным входом и множественным выходом (MIMO-OFDM).
Типы модуляции
Мы поговорим о MIMO немного подробнее в ближайшее время. Что касается OFDM, то он постоянно совершенствуется благодаря использованию все более плотных типов модуляции, что позволяет упаковать больше данных в один и тот же сигнал. Эти типы модуляции называются квадратурной амплитудной модуляцией (QAM).
Последний стандарт Wi-Fi 802.11be предполагает использование 4096-QAM или 4K-QAM, который обеспечивает 12 бит данных на импульс беспроводного сигнала, где 12 бит данных могут передавать до 4096 различных значений. Сравните это с одним, двумя или тремя битами данных на импульс беспроводного сигнала, которые передавались в ранних стандартах WI-Fi.
Расположение антенн
Антенны играют важную роль в обеспечении большей скорости загрузки и выгрузки данных для беспроводных сетевых соединений. Для увеличения скорости беспроводной локальной сети используется техника, называемая многократным входом, многократным выходом или MIMO, которая позволяет использовать преимущества так называемого многолучевого распространения. Это явление, которое происходит с беспроводными сигналами в результате их отражения от различных твердых объектов.
Что делает MIMO?
MIMO использует несколько антенн для приема нескольких отраженных сигналов, что позволяет отправлять и принимать несколько сигналов данных одновременно по одному и тому же радиоканалу. Стандарт 802.11n, первым применивший MIMO, позволяет передавать до четырех одновременных потоков данных. Ожидается, что стандарт 802.11be будет обеспечивать до 16 одновременных потоков данных. Само собой разумеется, это дает большую пропускную способность и более высокую скорость,и дополнительную пропускную способность.
MIMO можно использовать вместе с техникой модуляции, чтобы достичь скорости загрузки и выгрузки, которые определены стандартами беспроводной связи.
Мощность процессора
Модуляция, MIMO, управление каналом и плотность данных требуют вычислительной мощности. Точки доступа, маршрутизаторы и клиенты должны обладать возможностями процессора для обработки сигналов на более высоких скоростях, чтобы обеспечить расширенную пропускную способность беспроводных соединений, обещанную описывающими их стандартами.
К счастью, все более мощные процессоры помещаются во все более компактные устройства, обеспечивая большую пропускную способность для нескольких устройств в беспроводной сети.
Практические преимущества увеличения пропускной способности WiFi
Давайте не будем обманывать себя. Большая пропускная способность всегда лучше при любых обстоятельствах. Но какие преимущества особенно важны для беспроводных сетей? Вот несколько факторов, способствующих увеличению пропускной способности.
Скорость интернета, предоставляемая интернет-провайдерами
Скорость Интернета растет с тех пор, как появились первые модемы для коммутируемого доступа. Сегодня во многих частях мира местный интернет-провайдер может обеспечить скорость проводного соединения, превышающую 1 Гбит/с. Чтобы воспользоваться этими скоростями, требования к пропускной способности беспроводной сети должны быть не ниже скорости доступного Интернет-соединения.
Требовательные сетевые приложения
Многие современные сетевые приложения и услуги требуют огромной пропускной способности. Потоковое видео, потоковая музыка, обмен большими файлами, виртуальная и дополненная реальность, а также современные игры часто требуют огромных ресурсов Интернета.
Наша постоянно растущая цифровая активность на устройствах, использующих беспроводную связь, и тот факт, что все больше устройств требуют больше данных, увеличивают спрос на беспроводные скорости.
Что ждет беспроводные скорости в будущем?
Похоже, нет никаких признаков естественного предела для увеличения скорости беспроводной связи. Этому постоянному увеличению способствуют различные факторы, в том числе:
Расширение нелицензируемого спектра
Правительства постоянно освобождают все больше частотных спектров для использования Wi-Fi. К ним относятся частоты в диапазонах 900 МГц, 3,65 ГГц и 60 ГГц. Хотя в настоящее время они не являются безлицензионными, Федеральная комиссия по связи (FCC) и другие регулирующие органы по всему миру планируют открыть новые диапазоны по мере роста спроса.
Передовые технологии производства устройств
Двухдиапазонный Wi-Fi и двухдиапазонный маршрутизатор - это лишь два примера технологий и устройств, считавшихся инновациями всего несколько лет назад. Сегодня беспроводные устройства гораздо более совершенны, с огромными вычислительными мощностями и расположением антенн. Ожидается, что в ближайшие годы эти инновации будут развиваться, обеспечивая большую скорость и пропускную способность.
Смотрите также: Звонок не подключается к WiFi (решено)Увеличение спроса
Скорость Интернета и более требовательные приложения будут и впредь предъявлять повышенные требования к пропускной способности. Это только еще больше повысит требования к пропускной способности беспроводных сетей в будущем.
Заключение
Когда мы говорим о пропускной способности Wi-Fi, под скоростью подразумевается многое. Однако наиболее важными являются скорость загрузки и выгрузки данных с подключенного устройства. Это самый важный показатель, по которому пользователи судят о качестве беспроводного соединения. По мере развития технологий мы будем наблюдать все более высокие скорости, о которых еще десять лет назад мы могли только мечтать.
