Wi-Fi – что это такое, как работает, как пользоваться, все про вай-фай

История

Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent Technologies и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Создатель Wi-Fi — Вик Хейз (Vic Hayes) находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, как IEEE 802.11b, IEEE 802.11a и IEEE 802.11g. В 2003 году Вик ушёл из Agere Systems. Agere Systems не смогла конкурировать на равных в тяжёлых рыночных условиях, несмотря на то, что её продукция занимала нишу дешёвых Wi-Fi решений. 802.11abg all-in-one чипсет от Agere (кодовое имя: WARP) плохо продавался, и Agere Systems решила уйти с рынка Wi-Fi в конце 2004 года.

Стандарт IEEE 802.11n был утверждён 11 сентября 2009 года. Его применение позволяет повысить скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с[1].

Как сообщает Cult of Mac, 29 июля 2011 года IEEE, Институт инженеров по электротехнике и электронике — IEEE выпустил официальную версию стандарта IEEE 802.22. Это есть Super Wi-Fi. Системы и устройства, поддерживающие этот стандарт, позволят передавать данные на скорости до 22 Мб/с в радиусе 100 км от ближайшего передатчика.

Происхождение названия

Термин «Wi-Fi» изначально был придуман как игра слов для привлечения внимания потребителя «намёком» на Hi-Fi (англ. High Fidelity — высокая точность). Несмотря на то, что поначалу в некоторых пресс-релизах WECA фигурировало словосочетание «Wireless Fidelity» («беспроводная точность»). На данный момент от такой формулировки отказались, и термин «Wi-Fi» никак не расшифровывается.

Связь частоты сигнала WiFi и длины волны

Характеристики длины волны сравнительно редко используются в параметрах оборудования WiFi. Однако иногда, для понимания физических свойств и поведения сигнала беспроводной связи в различных условиях неплохо разбираться в связи частоты и длины радиоволн.

Общее правило: Чем выше частота, тем короче длина волны. И наоборот.

Формула для расчета длины волны:

Длина волны WiFi сигнала (в метрах)= Скорость света (в м/сек) / Частота сигнала (в герцах).

Скорость света в м/сек = 300 000 000.

После упрощения формулы получаем: Длина волны в метрах = 300/ Частота в МГц.

Свойства WiFi сигнала

Поглощение.

Главное условие для создания беспроводного линка на расстояние большее, чем сотня метров — прямая видимость между точками установки оборудования. Проще говоря, если мы стоим рядом с одной точкой доступа WiFi, то наш взгляд, направленный в сторону второй точки, не должен упираться в стену, лес, многоэтажный дом, холм и т. д. (Это еще не все, нужно также учитывать помехи в Зоне Френеля, но об этом в другой статье.)

Такие объекты просто-напросто отражают и поглощают сигнал WiFi, если не весь, то львиную его часть.

То же самое происходит и в помещении, где сигнал от WiFi роутера или точки доступа проходит через стены в другие комнаты/на другие этажи. Каждая стена или перекрытие «отбирает» у сигнала некоторое количество эффективности.

На небольшом расстоянии, например, от комнатного роутера до ноута, у радиосигнала еще есть шансы, преодолев стену, все-таки добраться до цели. А вот на длинной дистанции в несколько километров любое такое ослабление существенно сказывается на качестве и дальности WiFi связи.

Процент ухудшения сигнала вай-фай при прохождении через препятствия зависит от нескольких факторов:

  • Длины волны. В теории, чем больше длина волны (и ниже частота вай-фай), тем больше проникающая способность сигнала. Соответственно, WiFi в диапазоне 2,4 ГГц имеет большую проникающую способность, чем в диапазоне 5 ГГц. В реальных условиях выполнение этого правила очень тесно зависит от того, через препятствие какой структуры и состава проходит сигнал.
  • Материала препятствия, точнее, его диэлектрических свойств.

Преграда

Дополнительные потери при прохождении (dB)

Процент эффективного расстояния*, %

Открытое пространство

0

100

Нетонированное окно (отсутствует металлизированное покрытие)

3

70

Окно с металлизированным покрытием (тонировкой)

5-8

50

Деревянная стена

10

30

Стена 15,2 см (межкомнатная)

15-20

15

Стена 30,5 см (несущая)

20-25

10

Бетонный пол или потолок

15-25

10-15

Цельное железобетонное перекрытие

20-25

10

* Процент эффективного расстояния — эта величина означает, какой процент от первоначально рассчитанной дальности (на открытой местности) сможет пройти сигнал после преодоления препятствия.

Например, если на открытой местности дальность сигнала Wi-Fi — до 200 метров, то после прохождения через нетонированное окно она уменьшится до 140 метров (200 * 70% = 140). Если следующим препятствием для этого же сигнала станет бетонная стена, то после нее дальность составит уже максимум 21 метр (140*15%).

Отметим, что вода и металл — самые эффективные поглотители WiFi, т. к. являются электрическими проводниками и «забирают» на себя большое количество энергии сигнала. Например, если дома на пути вай-фай от роутера до вашего ноута стоит аквариум, то практически наверняка соединения не будет.

Именно поэтому во время дождя и других «влажных» атмосферных осадков наблюдается небольшое снижение качества беспроводного соединения, поскольку капли воды в атмосфере поглощают сигнал.

Частично этот фактор влияет и на затухание WiFi передачи в листве деревьев, т. к. они содержат большой процент воды.

  • Угла падения луча на препятствие. Помимо материала преграды, через которую проходит сигнал вай-фай, важен также угол падения луча. Так, если сигнал проходит через препятствие под прямым углом, это обеспечит меньшие потери, чем если бы он падал на него под углом 45 градусов. Еще хуже, если сигнал проходит через преграду под очень острым углом. В этом случае, грубо говоря, можно смело умножать толщину стены на 10 и рассчитывать потери WiFi передачи согласно этой величине.


Огибание препятствий.

По-научному это поведение луча WiFi называется дифракцией, хотя на самом деле понятие дифракции гораздо сложнее, чем простое «огибание препятствий».

В общем можно вывести правило — чем короче длина волны (выше частота), тем хуже она огибает препятствия.

Основывается это правило на известном физическом свойстве волны: если размер препятствия меньше, чем длина волны, то она его огибает. В целом отсюда логично проистекает, что чем короче длина волны, тем меньшее остается вариантов препятствий, которые она может в принципе обойти, и поэтому принимается, что ее огибающая способность хуже.

Огибание на практике означает меньшее рассеивание волны как луча энергии вокруг препятствия, меньшее количество потерь сигнала.

Возьмем популярные частоты 2,4 ГГц (длина волны 12,5 см) и 5 ГГц (длина волны 6 см). Мы видим подтверждение правила на примере прохождения лесного массива. Стандартные размеры листьев, стволов, веток деревьев, в среднем будут меньше, чем 12,5 см, но больше, чем 6 см. Поэтому сигнал WiFi 5 ГГц диапазона при прохождении через густую листву “потеряется” практически полностью, в то время как 2,4 ГГц справится лучше.

Поэтому WiFi оборудование, работающее в диапазоне 900 МГц, используется в условиях отсутствия прямой видимости сигнала — его длина волны составляет 33,3 см, что позволяет огибать большее количество преград. Однако надо учитывать размеры предполагаемых препятствий и понимать, что сигнал 900 МГц не сможет “обойти” бетонную стену, расположенную перепендикулярно направлению сигнала. Здесь уже сыграют роль проникающие способности волны, которые, как мы уже говорили у сигналов с низкой частотой довольно неплохие.

Также именно поэтому для нормальной работы беспроводного оборудования, использующего частоту 24ГГц (длина волны 1,25 см) необходима абсолютно чистая видимость, потому что все препятствия больше сантиметра будут отражать и поглощать сигнал.

Как мы уже упоминали, в отношении прохождении сигнала через лесной массив играет роль также содержание воды в листьях, а также длина волны.

Естественное затухание.

Как далеко мог бы передаваться сигнал WiFi, если создать ему идеальные условия прямой видимости? В любом случае не бесконечно, потому что чем больше дальность беспроводного “пролета”, тем больше сигнал затухает сам по себе. Происходит это по 2 причинам:

  • Земная поверхность поглощает часть энергии сигнала. Чем выше частота WiFi, тем интенсивнее идет поглощение.

  • Сигнал WiFi даже из самой узконаправленной антенны распространяется не прямой линией, а лучом. Соответственно, чем дальше расстояние, тем шире становится луч, тем меньшая мощность сигнала приходится на единицу площади, и тем меньше энергии сигнала попадает в принимающую антенну.

Отражения сигнала.

Сигнал WiFi, как любая радиоволна, как свет, отражается от поверхностей и ведет себя при этом аналогично. Но тут есть нюансы — какие-то поверхности будут поглощать сигнал (полностью или частично), а какие-то — отражать (полностью или частично). Это зависит от материала поверхности, его структуры, наличия неровностей на поверхности и частоты WiFi.

Неконтролируемые отражения сигнала ухудшают его качество. Частично — из-за потери общей энергии сигнала (до принимающей антенны, упрощенно говоря, “долетает не всё” или долетает после переотражений, с задержками). Частично — из-за интерференции с негативным влиянием, когда волны накладываются в противофазе и ослабляют друг друга.

Интерференция может иметь и положительное влияние, если волны WiFi накладываются друг на друга в одинаковых фазах. Это часто используется для усиления мощности сигнала.

Плотность данных.

Частота WiFi влияет также на еще один важный параметр — объем передаваемых данных. Здесь существует прямая связь — чем выше частота, тем больше данных в единицу времени можно передать. Возможно, именно поэтому первая высокопроизводительная РРЛ от Ubiquiti — AirFiber 24, а также ее более мощная модификация — Airfiber 24HD были выпущены на частоте 24 ГГц.

Почему сложно дать однозначный ответ: на какое расстояние будет передавать сигнал WiFi оборудование?

Физические свойства и поведение радиоволны в окружающем мире довольно сложны. Нельзя взять какой-то один параметр и по нему рассчитать дальность беспроводного сигнала. В каждом конкретном случае на дальность будут оказывать влияние различные факторы окружающей среды:

  • Поглощение сигнала препятствиями, земной корой, поверхностью водоемов.
  • Дифракция и рассеивание сигнала из-за преград на пути.
  • Отражения сигнала от препятствий, земли, воды и возникающие в результате этого интерференции волны.
  • На больших расстояниях — радиогоризонт, т. е. искривление земной коры.
  • Зона Френеля и, соответственно — высота расположения оборудования над поверхностью земли.
Именно поэтому реальная дальность оборудования, как, впрочем, и пропускная способность, может очень сильно отличаться в различных условиях.

Диапазоны и частоты WiFi

Как мы уже сказали, для WiFi связи выделено несколько разных частотных диапазонов: 900 МГц, 2,4 ГГц, 3,65 ГГц, 5 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц.

В Украине на данный момент чаще всего применяются точки доступа WiFi и антенны WiFi 2,4 ГГц и 5ГГц.

Основные отличия 2,4 ГГц и 5ГГц:

2,4 ГГц. Длина волны 12,5 см. Относится к дециметровым волнам ультравысокой частоты (УВЧ).

  • В реальных условиях — меньшая дальность сигнала из-за более широкой зоны Френеля, что чаще всего не компенсируется тем, что сигнал на этой частоте меньше подвержен естественному затуханию.
  • Лучшее преодоление небольших преград, например, густых лесных массивов, благодаря хорошей проникающей способности и огибанию препятствий.
  • Меньше относительно неперекрывающихся каналов (всего 3), а значит, “ пробки на дорогах” — теснота в эфире, и как результат — плохая связь.
  • Дополнительная зашумленность эфира другими устройствами, работающими на этой же частоте, в том числе мобильных телефонов, микроволновок и т. п.

5 ГГц. Длина волны 6 см. Относится к сантиметровым волнам сверхвысокой частоты (СВЧ).

  • Большее количество относительно неперекрывающихся каналов (19).
  • Большая емкость данных.
  • Большая дальность сигнала, в связи с тем, что Зона Френеля меньше.
  • Такие препятствия, как листва деревьев, стены волны диапазона 5ГГц преодолевают гораздо хуже, чем 2,4.

Диапазоны 900 МГц, 3,6 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц для нас скорее экзотика, однако могут использоваться:

  1. Для работы в условиях, когда стандартные диапазоны плотно заняты.

  2. Если требуется создать беспроводное соединение между двумя точками при отсутствии прямой видимости (лес и другие препятствия). Это касается такой частоты, как 900 МГц (в нашей стране ее нужно использовать с осторожностью, так как на ней работают сотовые операторы).

  3. Если для использования частоты не требуется получать лицензию в контролирующих органах. Такое преимущество часто встречается в презентациях зарубежных производителей, однако для Украины это не совсем актуально, так как условия лицензирования в нашей стране другие.

В IEEE ведутся разработки по принятию новых стандартов и, соответственно, использованию других частот для WiFi. Не исключено, к примеру, что в ближайшее время диапазон 60 ГГц также станет использоваться для беспроводной передачи. Точно также, как и возможна вероятность “отжатия” в будущем некоторых частот, сейчас принадлежащих WiFi, в пользу, например, сотовых операторов.

Принцип работы

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID )с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта.

Однако, стандарт не описывает все аспекты построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

  • Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)
  • Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)
  • Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

  • Со статическими настройками радиоканалов
  • С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов
  • Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

Преимущества Wi-Fi

Беспроводной Интернет на пляже

  • Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
  • Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.
  • Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.
  • Мобильность. Вы больше не привязаны к одному месту и можете пользоваться Интернетом в комфортной для вас обстановке.
  • В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.
  • Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки Wi-Fi

  • В диапазоне 2.4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др, и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.
  • Производителями оборудования указывается скорость на layer1 (OSI), в результате чего создаётся иллюзия, что производитель оборудования завышает скорость, но на самом деле в Wi-Fi существует сильный служебный overhead.Получается, что скорость передачи данных на L2 (OSI) в Wi-Fi сети всегда ниже заявленной скорости на L1 (OSI). Реальная скорость зависит от overhead[неизвестный термин], который зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т. п.[5]
  • Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в СШАЯпонии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Беларусь и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора .
  • Как было упомянуто выше — в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.
  • Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения. На данный момент основным методом взлома WPA2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифро-буквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля.
  • В режиме ad-hoc стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мбит/сек (802.11b). Шифрование WPA(2) недоступно, только легковзламываемый WEP.

Коммерческое использование Wi-Fi

Коммерческий доступ к сервисам на основе Wi-Fi предоставляется в таких местах, как Интернет-кафе, аэропорты и кафе по всему миру (обычно эти места называют Wi-Fi-кафе), однако их покрытие можно считать точечным по сравнению с сотовыми сетями:

  • Ozone и OzoneParis Во Франции. В сентябре 2003 года Ozone начала развёртывание сети OzoneParis через The City of Lights. Конечная цель — создание централизованной сети Wi-Fi, полностью покрывающей Париж. Основной принцип Ozone Pervasive Network заключается в том, что это сеть национального масштаба.
  • WiSE Technologies предоставляет коммерческий доступ в аэропортах, университетах, и независимых кафе на территории США.
  • T-Mobile обеспечивает работу хот-спотов для сети Starbucks в США и Великобритании, а также более 7500 хот-спотов в Германии.
  • Pacific Century Cyberworks обеспечивает доступ в магазинах Pacific Coffee в Гонконге.
  • Columbia Rural Electric Association пытается развернуть сеть 2.4 ГГц Wi-Fi на территории площадью 9500 км², расположенной между округами Уалла-Уалла и Колумбия в штате Вашингтон и Юматилла, Орегон. В список других крупных сетей в США также входят: Boingo, Wayport и iPass.
  • Sify, Индийский Интернет-провайдер, установил 120 точек доступа в Бангалоре: в отелях, галереях и правительственных учреждениях.
  • Vex имеет большую сеть хот-спотов, расположенную по всей территории Бразилии. Telefónica Speedy WiFi начала предоставлять свои сервисы в новой растущей сети, распространившейся на территорию штата São Paulo.
  • BT Openzone владеет многими хот-спотами в Великобритании, работающими в McDonald’s, и имеет роуминговое соглашение с T-Mobile UK и ReadyToSurf. Их клиенты также имеют доступ к хот-спотам The Cloud.
  • Netstop обеспечивает доступ в Новой Зеландии.
  • В Эстонии имеется несколько коммерческих операторов, крупнейший из них Elion, обеспечивает АЗС Statoil по всей Эстонии и крупные торговые центры.
  • Компания Вымпелком, под торговой маркой Билайн, купив Golden Telecom, осуществляет поддержку самой большой в мире городской сети Wi-Fi в Москве. Каналы доступа к проводной сети обеспечивает крупнейший московский провайдер Корбина Телеком. Развернуты сети и в Московских аэропортах Шереметьево и Домодедово.
  • Компания EarthLink планировала в третьем квартале 2007 года полностью подключить Филадельфию (США) к сети Интернет через беспроводные каналы связи. Это должен был быть первый город-мегаполис в США, полностью охваченный Wi-Fi. Предполагаемая стоимость должна была составлять 20-22 доллара в месяц при скорости подключения 1 Мбит/сек. Для малоимущих жителей Филадельфии — 12-15 долларов в месяц. В настоящее время центр города и прилегающие к нему районы уже подключены. Подключение остальных районов будет производиться по мере установки передатчиков.
  • Укртелеком на Украине предоставляет услуги Wi-Fi («ОГО! Wi-Fi») по всем городам страны. По замыслу покрытие распространяется не только на центры городов, крупные отели, рестораны, кафе, вокзалы аэропорты, но и на библиотеки, отделения «Телекомсервис» и т. д. В действительности система покрывает только примерно 70 % ресторанов быстрого питания McDonalds, и некоторые другие. Половина из существующих точек часто не активны, либо к ним невозможно подключится, так как установлены обычные роутеры, которые позволяют подключать не более 11 абонентов.
  • АИСТ в Одесской области предоставляет доступ к сети Интернет посредством Wi-Fi учебным заведениям, фермерским хозяйствам, населению в частном секторе.
  • Белтелеком в Республике Беларусь предоставляет доступ к сети Интернет посредством Wi-Fi под торговой маркой «ByFly» с оплатой по трафику или поминутно. В каждом городе имеется не менее одной точки доступа, как правило — в отделении почты. В крупных городах, областных центрах имеется множество хот-спотов. В Армении в Ереване оператор Orange развернул бесплатную Wi-Fi сеть в общественном транспорте (автобусы) и на остановках ожидания транспорта. Проект запущен в 2011 г.

Беспроводные технологии в промышленности

Для использования в промышленности технологии Wi-Fi предлагаются пока ограниченным числом поставщиков. Так Siemens Automation & Drives предлагает Wi-Fi-решения для своих контроллеров SIMATIC в соответствии со стандартом IEEE 802.11g в свободном ISM-диапазоне 2,4 ГГц и обеспечивающим максимальную скорость передачи 54 Мбит/с. Данные технологии применяются в основном для управления движущимися объектами и в складской логистике, а также в тех случаях, когда по какой-либо причине невозможно прокладывать проводные сети Ethernet.

Wi-Fi и телефоны сотовой связи

Некоторые считают, что Wi-Fi и подобные ему технологии со временем могут заменить сотовые сети, такие как GSM. Препятствиями для такого развития событий в ближайшем будущем являются отсутствие роуминга и возможностей аутентификации (см. 802.1x, SIM-карты и RADIUS), ограниченность частотного диапазона и сильно ограниченный радиус действия Wi-Fi. Более правильным выглядит сравнение Wi-Fi с другими стандартами сотовых сетей, таких как UMTS, CDMA или WiMAX.

Тем не менее, Wi-Fi пригоден для использования VoIP в корпоративных сетях или в среде SOHO. Первые образцы оборудования появились уже в начале 2000-х, однако на рынок они вышли только в 2005 году. Тогда такие компании, как Zyxel, UT Starcomm, Samsung, Hitachi и многие другие, представили на рынок VoIP Wi-Fi-телефоны по «разумным» ценам. В 2005 году ADSL ISP провайдеры начали предоставлять услуги VoIP своим клиентам .Когда звонки с помощью VoIP стали очень дешёвыми, а зачастую вообще бесплатными, провайдеры, способные предоставлять услуги VoIP, получили возможность открыть новый рынок — услуг VoIP. Телефоны GSM с интегрированной поддержкой возможностей Wi-Fi и VoIP начали выводиться на рынок, и потенциально они могут заменить проводные телефоны.

В настоящий момент непосредственное сравнение Wi-Fi и сотовых сетей нецелесообразно. Телефоны, использующие только Wi-Fi, имеют очень ограниченный радиус действия, поэтому развёртывание таких сетей обходится очень дорого. Тем не менее, развёртывание таких сетей может быть наилучшим решением для локального использования, например, в корпоративных сетях. Однако устройства, поддерживающие несколько стандартов, могут занять значительную долю рынка.

Стоит заметить, что при наличии в данном конкретном месте покрытия как GSM, так и Wi-Fi, экономически намного более выгодно использовать Wi-Fi, разговаривая посредством сервисов Интернет-телефонии. Например, клиент Skype давно существует в версиях как для смартфонов, так и для КПК.

Международные проекты

Другая бизнес-модель состоит в соединении уже имеющихся сетей в новые. Идея состоит в том, что пользователи будут разделять свой частотный диапазон через персональные беспроводные маршрутизаторы, комплектующиеся специальным ПО. Например FONиспанская компания, созданная в ноябре 2005 года. Сейчас сообщество объединяет более 1 000 000 пользователей в Европе, Азии и Америке и быстро развивается. Пользователи делятся на три категории:

  • linus — выделяющие бесплатный доступ в Интернет,
  • bills — продающие свой частотный диапазон,
  • aliens — использующие доступ через bills.

Таким образом, система аналогична пиринговым сервисам. Несмотря на то, что FON получает финансовую поддержку от таких компаний, как Google и Skype, лишь со временем будет ясно, будет ли эта идея действительно работать.

Сейчас у этого сервиса есть три основные проблемы. Первая заключается в том, что для перехода проекта из начальной стадии в основную требуется больше внимания со стороны общественности и СМИ. Нужно также учитывать тот факт, что предоставление доступа к вашему интернет-каналу другим лицам может быть ограничено вашим договором с Интернет-провайдером. Поэтому интернет-провайдеры будут пытаться защитить свои интересы. Так же, скорее всего, поступят звукозаписывающие компании, выступающие против свободного распространения MP3.

В России основное количество точек доступа сообщества FON расположено в московском регионе.

Израильская компания WeFi создала общую сеть социальной направленности[источник не указан 236 дней], с возможностью поиска сетей Wi-Fi и общения между пользователями. Программа и система в целом была создана под руководством Йосси Варди (Yossi Vardi), одного из создателей компании Mirabilis, и протокола ICQ.

Wi-Fi в игровой индустрии

  • совместим с игровыми консолями и КПК и позволяет вести сетевую игру через любую точку доступа или в режиме точка-точка.
  • Все игровые консоли седьмого поколения имеют поддержку стандартов Wi-Fi IEEE 802.11g.
  • Sony PSP имеет поддержку беспроводной сети (AOSS), которая включается переключением находящейся в верхней части консоли кнопки для соединения с хот-спотами Wi-Fi или других беспроводных соединений.
  • Nintendo DS, Nintendo DS Lite, Nintendo DSi и Nintendo 3DS также поддерживают стандарт Wi-Fi IEEE 802.11g.

Беспроводной роутер — cердце сети Wi-Fi

У сети Wi-Fi есть центр – роутер (он же – маршрутизатор). Симпатичная коробочка толщиной с сигаретную пачку, с антеннами и «лампочками»-светодиодами.

Что входит в задачи Wi-Fi роутера?

  • получать интернет от провайдера;
  • раздавать полученный интернет смартфонам и ноутбукам, планшетам и десктопам – в общем, всем устройствам с поддержкой Wi-Fi. В радиусе до 30-50 метров. Не больше – в условиях городской бетонно-кирпичной застройки и нескольких стен;
  • связать несколько устройств с Wi-Fi между собой — создать между ними сеть.

Сердце Wi-Fi — беспроводной роутер

Цена роутера – 15-60 долларов. Желательный диапазон — 20-40. Более дорогие модели, ценой от 50-60 долларов, нужны для специфических нужд: подключить принтер или внешний жёсткий диск, подвесить на него торрент-клиент или наворотить другие техногиковские интересности.

К роутеру могут подключиться любые устройства: планшеты, смартфоны. Также в сеть Wi-Fi подключаются современные телевизоры, системы видеонаблюдения, и даже холодильники с пылесосами. С каждым устройством с поддержкой Wi-Fi роутер находит свой язык автоматически и никаких драйверов для этого не нужно

Цена домашнего роутера

Желательно от 20 до 50 долларов за современную модель. Дешёвые устройства славятся «болячками», скажем, от перегрева. Более дорогие модели нужны лишь тогда, когда их владелец знает, какие нестандартные функции ему действительно потребуются (вроде торрент-клиента, трансляции интернета сразу из 2-3 источников вместо одного).

Марка/бренд роутера

Отлично зарекомендовали себя устройства фирмы TP-Link: симпатичные, надёжные, технологичные – на любой вкус. Они, как и представители продукции D-Link, относятся к классу «подключил – и забыл» на несколько лет. В принципе, найти в продаже совсем уж некачественный роутер – это нужно постараться. Устройство достаточно простое, а потому откровенные пукалки бывают лишь у совсем дешёвых «китайцев».

Сколько нужно антенн?

Чем больше – тем лучше? Совсем нет. Скорость и дальнобойность не будет лучше (разве что в паре с трёхантенным маршрутизатором работает столь же трёхантенный мобильный телефон или другое устройство). В других случаях – это просто маркетинг.

Роутеры по типу подключения

Откуда берётся дома интернет? Правильно, от провайдера, а какой у него тип подключения? Среди вариантов:

  • оптоволокно (по факту – сетевой LAN-кабель), он же – Ethernet. Типичные скорости – от 5-10 мбит/сек и до теоретического гигабита. Сама оптоволоконная линия ведётся не до квартиры/компьютера, а до подъезда, в провайдерский «ящик». Из этого «ящика» в квартиру вьётся привычный медный кабель LAN. Его разъём очень похож на стандартный телефонный, только крупнее;

Сверху — порт сетевого соединения LAN, снизу — «телефонный» разъём ADSL. Именно по ним интернет «приходит» на роутер и «раздаётся» через Wi-Fi.

  • ADSL (выделенная линия, «выделенка»). Работает посредством телефонных проводов, как окончательно вымерший мастодонт dial-up. Типичные скорости подключения – от 128 кбит/сек до 5-15 мбит/сек. Разъём ADSL – обыкновенный телефонный порт-штекер;
  • мобильная связь, сим-карты, USB-модемы – 2G/3G/4G/LTE/CDMA . Беспроводной тип подключения;
  • полуэкзотический WiMax – ещё один беспроводной тип интернет-подключения, только без участия операторов мобильной связи. Как правило, среди своих услуг провайдеры Wi-Max уже поставляют модем+роутер, да и редкий это тип связи.

Очень важно выбрать роутеры-модемы по своему типу подключения. ADSL-роутер не будет работать с мобильными провайдерами. Будет саботажником и LAN-роутер, если попытаться заставить работать его с выделенкой/4G.

Итак, необходимо знать тип вашего подключения к интернету – и соответственно выбирать беспроводной роутер по этому параметру. Существуют и универсальные роутеры с двумя и более типами подключения: скажем, 3/4G-маршрутизатор вполне уживается и с ADSL, и с LAN-кабелем. Можно использовать лишь одного провайдера, а второе подключение держать запасным (в аварийных случаях, при переезде или при смене интернет-поставщика). Впрочем, обычно второй тип подключения в маршрутизаторе простаивает годами, а обходится в дополнительные 5-15 долларов при приобретении.

Наконец, существуют беспроводные роутеры Wi-Fi, которые вовсе не предусматривают подключения к внешним сетям и к интернету. Домашние/офисные устройства отлично работают друг с другом и с таким «изолированным» роутером, но не способны выйти через него в интернет.

Роутеры по типам портов и разъёмов

Маршрутизатор для сетей Wi-Fi – настоящий мини-компьютер. Его функциональность выходит далеко за пределы простой соединялки. Чем больше у него разъёмов и портов, тем более он функциональный.

Среди стандартных разъёмов роутера:

Слева направо: разъём для антенны, питание, кнопка сброса на заводские настройки, порт USB, WAN-порт, разъём для антенны, сетевые порты LAN — и снова антенный разъём.

  • разъём питания: обычно это круглый штекер. Присутствует всегда, но речь, вообще-то, не о нём;
  • сетевые порты LAN: как правило, их от 1 до 4 (не считая WAN-порта для соединения с провайдером). Удобнейшая штука, когда дома один стационарный компьютер без Wi-Fi-адаптера. Подключаем проводным способом этот компьютер к сети – и экономим на приобретении беспроводного адаптера. Здорово, когда LAN-порты поддерживают современное высокоскоростное подключение 1 гбит/сек – и плохо (пусть и дёшево), когда они ограничиваются стремительно устаревающей скоростью 100 мбит/сек. Эта скорость не «внешняя», а внутрисетевая: именно с этой максимальной скоростью будут общаться ваши проводные компьютеры друг с другом и с беспроводным сегментом;
  • порты USB: 1, реже 2 или 3. Великолепное решение для подключения сетевого принтера, либо флешки, либо – внешнего жёсткого диска. Удобно ведь закачивать торрент-файлы, не включая основных ПК? Либо распечатывать документы на принтере, который всегда подключён к локальной беспроводной сети. Иногда USB-порты поддерживают подключение 3G (4G) модемов от операторов мобильной связи: здорово иметь под рукой резервный канал связи;
  • слот для sim-карт – обычно присутствует в роутерах, предназначенных для подключения к мобильному интернету.

Выбор стандарта сети Wi-Fi

Бывают такие:

  • 801.11ac: наиболее современный и скоростной стандарт Wi-Fi. Роутер этого класса вполне можно рекомендовать к покупке, как и следующий n-стандарт. Стоить такая модель чуть дороже – это вложение с прицелом на более скоростное устройство. Да – не факт, что ваши нынешние устройства будут способны работать на скоростях стандарта ac. В теории это вплоть до гигабита, а то и полутора – но лишь в теории: при идеальных условиях, небольших расстояниях, куче антенн (на роутере и на приемниках).
  • 801.11n: этот стандарт вполне современен. Отлично работает с древними сетями b и g (а потому часто обозначается буквами b/g/n). Со скоростями передачи данных сложнее, чем было в эпоху g-класса, но на практике можно рассчитывать на 2-4 кратное увеличение практической скорости при той же дальнобойности. Устройства (приемники) с поддержкой 801.11n – наиболее распространённые на рынке даже в 2017 году.
  • 801.11g: включает поддержку устаревшего стандарта b, поддерживает скорости до 54 мбит/сек. Роутеры этой категории были распространены примерно до 2010 года, затем стали вымирать…
  • 801.11b: говорят, этого динозавра из глубокого прошлого кто-то даже видел «живьём»…

Итак – по стандарту сети Wi-Fi роутер следует выбирать либо вполне современный 801.11n, либо сверхсовременный 801.11ac. И не обращать внимания на:

  1. устаревший 801.11g.
  2. маркетинговые завлекухи типа Gigabit WAN, 1000 Mbit и прочие WiGig. Хотя существует интересный стандарт 801.11ad: высочайшая скорость, но на минимальные расстояния (5-8 метров) в пределах прямой видимости. Специфическое устройство для особых нужд, таких стандартов хватает

Стандарты физического уровня Wi-Fi

Есть несколько разных вариантов реализации вайфай, они описаны в 6 стандартах. Самый первый стандарт 802.11 был принят в 1997 году и имел скорость 1 или 2 Мб/с, Ethernet в то время мог передавать информацию со скоростью 10 Мб/с. Современный стандарт wifi 802.11ас был принят в 2014 году, максимальная скорость передачи, больше 6 Гб/с.

Сейчас вайфай используют для передачи данных — электромагнитное излучение или радиоэфир, но в первом варианте вай фай использовалось инфракрасное излучение, сейчас этот метод используется в пультах для телевизора.

Но уже со второго поколения стандарта 802.11b используется только электромагнитное излучение. Применяются две частоты 2.4 и 5 ГГц. Частоты в этом диапазоне можно использовать без лицензирования. Однако и другие устройства работают в том же самом диапазоне, например микроволновка и это создаёт помехи при передачи сигнала вайфай.

Представление сигнала

В современных стандартах wi-fi для передачи данных используется метод мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFMD). Данные передаются параллельно на разных частотах. Хотя на картинке частоты накладываются друг на друга, но метод OFMD позволяет надежно распознавать сигналы.

Каналы в диапазоне 2.4 ГГц

Каналы в диапазоне 2.4 ГГц для передачи данных используется 14 каналов, на картинке перечислены их частоты. Каналы немного сдвинуты друг относительно друга, но все равно частично перекрываются.

Таким образом количество вай фай сетей, которые находятся в одном и том же месте ограничены количеством каналов их не может быть больше, чем 14. Если в одной и той же области будет работать больше, чем 14 сетей, им не хватит каналов. Такая ситуация известна, “как вай фай джунгли” и она довольно часто встречается, например в жилых домах где установлен вайфай роутер для доступа в интернет в каждой квартире.

Ширина канала wi-fi

Вай фай может использовать каналы разной ширины. Ширина канала это разность между максимальной и минимальной частотой, на которые можно передавать данные. Чем шире канал, тем более качественно мы можем передавать данные, следовательно, тем выше скорость передачи данных.

В стандарте 802.11n появилась возможность использовать каналы шириной 40 МГц и засчет этого увеличивать скорость передачи. В последнем стандарте вайфай 802.11ас можно использовать ширину канала 80 МГц и 160 МГц. Однако поддержка каналов 160 МГц обеспечивается по возможности и желанию производителя.

Пространственный поток

В стандарте 802.11n появилась возможность использовать несколько антенн для передачи и приема данных. Эта возможность также используется в современном стандарте.

Если у нас есть несколько антенн, то мы можем использовать несколько пространственных потоков — это сигнал который передается от одной антенны до другой.

Если мы параллельно передаем несколько пространственных потоков, то скорость передачи данных увеличивается. При этом используется специальный метод кодирования сигналов которые называются MIMO — множественная передача и множественный прием.

Пример: у нас есть 3 антенны, на передающей станции и три на принимающей станции. Каждая антенна на передающей станции (Tx) отправляет свой пространственный поток, таким образом мы увеличиваем скорость передачи в 3 раза. На принимающей станции, все три антенны получают 3 пространственных потока, и с помощью метода кодирования mimo они умеют их разделять и повышать качество сигнала для каждого отдельного пространственного потока.

Адаптация скорости

В Ethernet скорость оборудования фиксирована, она будет одинакова для всех устройств в сети. Вайфай же позволяет менять скорость в зависимости от качества сигнала. Если качество сигнала высокое то скорость увеличивается, а если низкое то скорость уменьшается. Для того чтобы увеличивать или уменьшать скорость, вайфай меняет несколько параметров:

  • Можно использовать разную ширину канала от 20 МГц до 160 МГц.
  • Поддерживает различные модуляции, которые позволяют передавать данные с разной скоростью и надежностью
  • Есть возможность менять интервал данных между символами которые передаются по вайфай.

Таблица которая показывает разные варианты скорости для одного пространственного потока вайфай. Самая низкая скорость 6.5 Мб/с получается при использовании двоичной фазовой модуляции BPSK канала 20 МГц и интервала между символами 800 нс. Самая большая скорость 866 Мб/с получается, если использовать квадратурную амплитудную модуляцию у которой 256 состояний, канал шириной 160 МГц и интервал между символами 400 нс.

Данные представлены для одного пространственного потока, если ваша точка доступа и ваша станция имеют несколько антенн, то можно использовать несколько пространственных потоков и за счет этого еще больше увеличить скорость передачи.

Wi-Fi и Ethernet

Технология ВайФай очень похожа на технологию Ethernet, можно сказать, что это Ethernet адаптированный в беспроводной среде. Для адресации wifi также, как и в Ethernet используются MAC-адреса.

Для передачи данных используется разделяемая среда, как и в классическом Ethernet. Только в классическом Ethernet сигнал передаётся по кабелю, а в wifi используется электромагнитное излучение (радиоэфир).

Формат кадра на уровне LLC у вайфай и Ethernet одинаковый, IEEE 802.2. На практике это означает, если вы используете wireshark для перехвата пакетов которые идут по сети, то независимо от того, пришел ваш кадр из Ethernet или из вайфай, его формат будет одинаковый. Хотя в процессе передачи по беспроводной среде на уровне MAC, вайфай используется другой формат кадр.

Начнем с WiFi.

Важно понимать, что вайфай — не равен интернету, это только радио сигнал от вашего роутера, рация для связи компьютера и роутера. Причем, эта рация может быть не только в самом роутере, но и отдельно в виде дополнительного устройства, точки доступа или ретранслятора.

А потому, если вы видите сигнал вайфая, и телефон, или компьютер к WiFi-таки подключается, уровень сигнала хороший, то проблема не в нем!

Да, если уровень WiFi сигнала слабый, или он сам отваливается, не может подключиться долго, то в начале стоит разобраться с ним (например, подойти ближе к вайфай-роутеру), а не звонить провайдеру.

Интернет. В начале — про роутер.

Роутер, это устройство, которое создаёт локальную сеть. Как только в этой сети появляются два и более устройств, роутер тут же даёт возможность им обмениваться информацией, например, можно перекинуть фотки из телефона на компьютер, или просмотреть их на большом экране телевизора.

Пример получения интернета через модем. На фото видно, что сверху справа подходит кабель от внешней усиливающей сигнал антенны к модему, черный провод — это питание роутера, а третий светлый шнур — это подключение стационарного компьютера проводом.

Так что локальная сеть — это интернет в миниатюре, и если эта сеть работает, значит проблема дальше — в доступе к интернету.

Получать интернет роутер может разными способами: от провайдера по «шнурку», через модем, через ADSL вход, «по воздуху» — от другого роутера.

Интернет.

Интернет — это большое скопление маленьких (локальных) сетей. Доступ к этой всемирной паутине происходит через провайдеров, или операторов.

Если вы к своему провайдеру позвоните, а проблема окажется не в доступе к сети интернет, то вас могут и послать попросить вначале решить проблему роутера, или WiFi сигнала.

И это после пяти минут поиска телефона провайдера, еще десяти минут дозвона, вспоминания своего номера договора, ну и так далее.

Итог

Если есть проблемы с интернетом, то шаги следующие:

  • убедитесь, что неисправность не в роутере, перезагрузите его (как правило когда ломается роутер, он начинает часто виснуть, глючить, просто ему уже лет 10) и на нем должны гореть хоть какие-то лампочки
  • если у вас плохо ловит вайфай, то надо не на провайдера грешить, а расширить зону действия вайфай сети, поставив дополнительную точку доступа или роутер (и лучше всего если он будет получать интернет по проводу от основного роутера)
  • перед тем как звонить провайдеру, найдите все данные своего провайдера: номер договора, кодовое слово или паспортные данные на кого оформлен договор

Конечно, тут приведены далеко не все возможные проблемы, связанные с интернетом, но все эти простые шаги поиска неисправностей знать может каждый.

Источники

  • https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/22867
  • https://lantorg.com/article/chto-takoe-wifi-podrobno-o-svojstvah-wifi-signala
  • http://woocomp.ru/chto-takoe-set-wi-fi-i-kak-eyo-nastroit-doma-rukovodstvo-ot-a-do-ya
  • https://ZvonDoZvon.ru/tehnologii/internet/chto-takoe-wi-fi
  • https://zen.yandex.ru/media/tut_nado_tehnicheski/ne-rabotaet-internet-ili-vaifai-kak-pravilno-i-v-chem-raznica-likbez-dlia-chainikov-5df48602ec575b00b05f2988

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Переход на цифровое телевидение в России 2019
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: