Osnove WiFi 1. del: frekvence in kanali
- Kategorija: Omrežje
Leta 1947 je Mednarodna zveza za telekomunikacije (ITU), agencija ZN, določila nekatere pasove RF spektra za ISM. Ideja je bila imeti mednarodni standard frekvenc, ki so bile rezervirane za industrijsko, znanstveno in medicinsko opremo. Ironija je, da telekomunikacije niso bile prvotni namen.
Preden razpravljamo o podrobnostih, želim samo opozoriti, da bo ta članek temeljil predvsem na ameriški regulativni domeni. Različne regulativne domene imajo posebne zahteve glede prenesenih frekvenc in nastavitev moči.
Čeprav obstaja dvanajst ISM pasov, se bomo za zdaj osredotočili na samo dva. Večina ljudi jih imenuje pasov 2,4GHz in 5GHz.
Začnimo s pasu ISM 2,4 GHz (2.400GHz-2.500GHz). Ta majhen množica frekvenc je daleč najbolj uporabljena, čeprav je večina prenosnih računalnikov, pametnih telefonov in tabličnih računalnikov v zadnjih nekaj letih opremljena z dvojnimi radii.
Razlog za to je fizika. Splošno pravilo je, da je nižja frekvenca, daljše je širjenje in boljše je penetracija. Tu sta dva primera iz resničnega sveta:
- Sedite v avtomobilu pri stop luči. Nekdo se potegne zraven vas, ko glasno zasliši radio. Če vam glasbeni okus ni všeč, lahko okno razgrnete. Del tega zvoka je zmanjšan, vendar boste verjetno še vedno dobro slišali bas (nizke frekvence).
- Drug primer je zelo specializiran radijski sistem, ki ga vojska uporablja za komunikacijo s potopljenimi podmornicami. Imenuje se ELF (izjemno nizka frekvenca) in ima valovno dolžino tako dolgo, da je potrebna antena dolga kilometrov.
V redu, tako da zdaj vemo, da nižje frekvence ponujajo večje območje pokritja in boljši prodor signala skozi ovire. Če je pas 2,4GHz tako velik, ali res potrebujemo 5GHz? Odgovor je pritrdilen.
Omejitve 2,4 GHz
Samo 3 kanale, ki se ne prekrivajo. Pojas 2,4GHz je razdeljen na 14 kanalov, večina med njimi je 5MHz. Ta razmik 5MHz ni bil problem v zelo zgodnjih dneh brezžične uporabe. Takratna tehnologija je bila omejena na približno 1 Mb / s prepustne moči. Potem je v poznih devetdesetih letih 802.11b s svojo tehnologijo razširjenega spektra postal standard.
Prednost je, da lahko doseže 11Mbps prepustnost. Slaba stran je bila, da je uporabil 22MHz spektra. Če na primer uporabljate kanal 6, so kanali 4,5,7 in 8 vsaj neuporabni. Ta omejitev velja še danes, ne glede na to, ali uporabljate starejšo 802.11g ali najnovejšo 802.11n (2.4GHz) WiFi opremo. To je ena najpomembnejših omejitev.
Prenaseljeno je. To gre z roko v roki s prejšnjo omejitvijo. Čeprav sta bili standardi 802.11a (5GHz) in 802.11b (2.4GHz) sproščeni zaradi stroškovnih razlik, je bilo takrat le 802.11b široko sprejeto. Rezultat tega je, da tudi danes večina WiFi prometa uporablja pas 2,4GHz.
Stojte v mestnem vogalu katerega koli mesta spodobne velikosti in zaženite programsko opremo za skeniranje WiFi. Po vsej verjetnosti boste videli vsaj 20 signalov; V centru Washingtona sem jih videl že več kot 40. Zdaj se spomnite, da vseh 40 teh signalov deluje na samo 3 kanalih.
Gre za paso ISM in je po definiciji odprta za druge vrste naprav. Obstaja veliko naprav, ki niso WiFi, ki lahko povzročijo motnje: mikrovalovne pečice, brezžični telefoni, naprave Bluetooth, otroški monitorji, video kamere, odpirači garažnih vrat itd.
Te stvari lahko močno motijo vaše omrežje in jih brez posebne strojne in programske opreme za analizator spektra izjemno težko zaznate.
Nato bomo govorili o pasu 5GHz
Poleg standardnega pasu ISM (5.725-7.825GHz) je FCC dodal spekter iz pasov UNII (Nelicencirana nacionalna informacijska infrastruktura), da spodbudi uporabo brezžične tehnologije. Upoštevajte tudi, da različne regulativne agencije sodelujejo v postopku dodajanja 195MHz spektra, ki je na voljo v območju 5GHz.
Omejitve 5GHz
Kot smo že omenili, se višje frekvence ne razmnožujejo tako daleč, prav tako ne prodrejo med ovire. Primerjajmo s frekvenco 2,4 GHz v resnični uporabi.
- Na prostem bodo signali 5GHz prekrili približno 1/3 do ½ razdalje.
- Uporabna kakovost signala se bo po prebijanju skozi notranjo steno močno poslabšala, v nasprotju s približno tremi stenami za signale 2,4 GHz.
To vodi do še ene manj očitne pomanjkljivosti, stroškov. Cena za uvedbo 5GHz (no, dvopasovnega) WiFi omrežja katere koli velikosti je vsaj 2,5-krat večja od stroškov enakega 2,4 samo omrežja. Potrebujete veliko več dostopnih točk, običajno 2,5x do 3x. Dodajte v kabliranje, licenciranje, vzdrževanje itd.
Nekateri kanali so v skupni rabi. Specifični kanali so označeni kot DFS, dinamična izbira frekvence. Ti kanali, ki se nahajajo v pasu UNII-2 in -2 razširjeni, si delijo spekter z nekaterimi radarskimi sistemi, večinoma v Evropi.
Zaradi tega mora biti WiFi sistem zasnovan za iskanje radarskih impulzov pred uporabo določenih kanalov. Seveda, če odkrijete radarske impulze, takoj onemogoči prizadete kanale.
Prednosti 5GHz
Kot lahko nazorno vidite na zgornjem grafikonu, je veliko več kot 3 kanale. Opazite tudi razmik med kanali - vsaj 20MHz. To pomeni, da se noben kanal ne prekriva; vse so hkrati uporabne.
Veliko manj gneče. Za razliko od naprav 2,4GHz so 5GHz naprave v zadnjih petih ali šestih letih postale široko razširjene. Obstaja tudi dejstvo, da je potreben čas za nadgradnjo infrastrukture. Še vedno obstaja veliko podjetij, ki upravljajo samo 2.4.
Zelo malo virov motenj. Razen prej omenjenega radarja na določenih frekvencah so možnosti za ne-WiFi motnje izjemno majhne.
Večja zmogljivost pretoka. Teoretično sta oba sposobna 600Mbps. Vendar to v praksi ni tako, ker je velik del te povečane zmogljivosti odvisen od vezave kanalov. To je izbirni način, ko naprava hkrati uporablja več sosednjih kanalov. Spomnite se prej, kako smo razpravljali o dejstvu, da so v pasu 2.4 na voljo samo 3 ne prekrivajoči se kanali?
Ta tehnika bi uporabila 2 od teh 3. Torej, ne samo, da bi resnično dražil sosede, vsi motenji sokanalnega in sosednjega kanala bi verjetno poslabšali vaše omrežje veliko slabše. Če povzamemo, NE omogočite vezave kanalov v območju 2,4.
Izhajajo nekateri novejši standardi, ki uporabljajo druge frekvenčne pasove. O njih bomo razpravljali v prihodnjem članku.
Za pdf uradne spektralne karte FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Upam, da ste uživali v tem članku. Mislim, da bo moja naslednja razprava o različnih standardih.
Če imate predlog teme, ki se nanaša na WiFi ali splošno omrežje, me obvestite v komentarjih.