WiFi-perusteet, osa 1: Taajuudet ja kanavat
- Luokka: Verkko
Vuonna 1947 YK: n kansainvälinen teleliitto (ITU) nimitti tietyt radiotaajuusspektrin kaistat ISM: ksi. Ajatuksena oli luoda kansainvälinen taajuustandardi, joka oli varattu teollisuus-, tiede- ja lääketieteellisille laitteille. Ironista kyllä, televiestintä ei ollut alkuperäinen tarkoitus.
Ennen kuin keskustelemme mahdollisista yksityiskohdista, haluan vain huomata, että tämä artikkeli perustuu ensisijaisesti Yhdysvaltojen sääntelyalueeseen. Eri säätelyalueilla on erityisiä vaatimuksia lähetetyille taajuuksille ja tehoasetuksille.
Vaikka ISM-bändejä on kaksitoista, keskitymme nyt vain kahteen niistä. Suurin osa ihmisistä viittaa heihin 2,4 GHz: n ja 5 GHz: n taajuuksiksi.
Aloitetaan 2,4 GHz: n ISM-kaistalla (2 400 GHz - 2 500 GHz). Tämä pieni, tungosta taajuusjoukko on ylivoimaisesti eniten käytetty huolimatta siitä, että suurin osa kannettavista tietokoneista, älypuhelimista ja tableteista on varustettu kaksoisradioilla viimeisten vuosien aikana.
Syynä tähän on fysiikka. Yleinen nyrkkisääntö on, että mitä matalampi taajuus, sitä pidempi eteneminen ja sitä parempi tunkeutuminen. Tässä on 2 reaalimaailman esimerkkejä:
- Istut autossa jarruvalossa. Joku vetää ylös vieressäsi radion kanssa räjäyttämällä äänekkäästi. Jos et pidä heidän mausta musiikissa, saatat pyörittää ikkunaasi. Osa äänestä on heikentynyt, mutta kuulet todennäköisesti sen basson (matalataajuinen) erittäin hyvin.
- Toinen esimerkki on hyvin erikoistunut radiojärjestelmä, jota armeija käyttää kommunikoimaan vedenalaisten sukellusveneiden kanssa. Sitä kutsutaan ELF (erittäin matala taajuus) ja sen aallonpituus on niin pitkä, että tarvittava antenni voi olla mailia pitkä.
Okei, joten nyt tiedämme, että alemmat taajuudet tarjoavat suuremman peittoalueen ja paremman signaalin tunkeutumisen esteiden läpi. Jos 2,4 GHz: n kaista on niin suuri, tarvitsemmeko todella 5 GHz: n taajuutta? Vastaus on kyllä.
2,4 GHz: n rajoitukset
Vain 3 päällekkäistä kanavaa. 2,4 GHz: n kaista on jaettu 14 kanavaan, joista suurin osa on 5MHz: n etäisyydellä toisistaan. Tämä 5MHz: n etäisyys ei ollut ongelma langattoman käytön ensimmäisinä päivinä. Tuolloin tekniikka oli rajoitettu noin 1 Mpbs: n suorituskykyyn. Sitten 1990-luvun lopulla 802.11b: stä ja sen hajaspektritekniikasta tuli standardi.
Etuna on, että se voisi saavuttaa 11Mbps läpimenon. Haittapuoli oli, että se käytti 22MHz taajuutta. Joten jos käytät esimerkiksi kanavaa 6, niin ainakin kanavat 4,5,7 ja 8 ovat käyttökelvottomia. Tämä rajoitus on edelleen voimassa, riippumatta siitä, käytätkö vanhempaa 802.11g tai uusinta 802.11n (2.4GHz) WiFi-laitetta. Tämä on yksi merkittävimmistä rajoituksista.
Se on täynnä. Tämä kulkee käsi kädessä edellisen rajoituksen kanssa. Vaikka 802.11a (5GHz) ja 802.11b (2.4GHz) -standardit julkaistiin, kustannuserojen vuoksi vain 802.11b-standardit otettiin tuolloin käyttöön laajalti. Tuloksena on, että jopa tänään suurin osa WiFi-liikenteestä käyttää 2,4 GHz: n kaistaa.
Seiso minkä tahansa kunnollisen kokoisen kaupungin keskustan kadunkulmassa ja aja WiFi-skannausohjelmistoa. Todennäköisesti näet vähintään 20 signaalia; Olen nähnyt yli 40 Washington DC: n keskustassa. Muista nyt, että kaikki nämä 40 signaalia toimivat vain 3 kanavalla.
Se on ISM-kaista ja määritelmän mukaan avoin muun tyyppisille laitteille. On monia muita kuin WiFi-laitteita, jotka voivat aiheuttaa häiriöitä: mikroaaltouunit, langattomat puhelimet, Bluetooth-laitteet, vauvamonitorit, videokamerat, autotallin ovien avaajat jne.
Nämä asiat voivat häiritä vakavasti verkkoa ja on erittäin vaikea havaita ilman erikoistuneita taajuusanalysaattorilaitteita ja -ohjelmistoja.
Seuraavaksi puhumme 5 GHz: n taajuudesta
Tavallisen ISM-kaistan (5,725-7,825GHz) lisäksi FCC on lisännyt taajuuksia UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) -kaistailta langattoman tekniikan käytön vauhdittamiseksi. Huomaa myös, että erilaiset sääntelyvirastot työskentelevät prosessin aikana, jolla lisätään 195 MHz: n taajuuksia, jotka ovat saatavilla 5 GHz: n alueella.
5 GHz: n rajoitukset
Kuten aiemmin keskustelimme, korkeammat taajuudet eivät leviä niin pitkälle, eivätkä läpäise myös esteitä. Vertaa vertaamme 2,4 GHz: n taajuuteen reaalimaailmassa.
- Ulkoilmassa 5 GHz: n signaalit kattavat etäisyyden noin 1/3 - ½.
- Käytettävissä oleva signaalin laatu huononee huomattavasti yhden sisäseinämän lävistyksen jälkeen, toisin kuin noin 3 seinässä 2,4 GHz: n signaaleissa.
Tämä johtaa toiseen vähemmän ilmeiseen haitoon, kustannuksiin. Minkä kokoisen 5 GHz: n (hyvin, kaksikaistaisen) WiFi-verkon käyttöönotto on vähintään 2,5-kertainen verrattuna vastaavan 2,4-verkon hintaan. Tarvitset paljon enemmän tukiasemia, tyypillisesti 2,5x3x. Lisää kaapelointi, lisensointi, huolto jne.
Jotkut kanavat ovat yhteiskäytössä. Tietyt kanavat on merkitty DFS, Dynamic Frequency Selection. Nämä kanavat, jotka sijaitsevat UNII-2: n ja -2-pidennetyillä taajuusalueilla, jakavat spektrin joidenkin tutkajärjestelmien kanssa, lähinnä Euroopassa.
Tämän takia WiFi-järjestelmä on suunniteltava etsimään tutkapulsseja ennen tiettyjen kanavien käyttöä. Tietenkin, jos tutkapulssit havaitaan, se poistaa välittömästi kyseiset kanavat käytöstä.
5 GHz edut
Kuten yllä olevassa taulukossa selvästi voi nähdä, kanavia on paljon enemmän kuin 3. Huomaa myös kanavaväli - vähintään 20MHz. Tämä tarkoittaa, että mikään kanava ei ole päällekkäin; kaikki ovat käyttökelpoisia samanaikaisesti.
Paljon vähemmän tungosta. Toisin kuin 2,4 GHz -laitteet, 5 GHz -laitteet ovat laajalle levinneet vasta viiden tai kuuden vuoden aikana. On myös tosiasia, että infrastruktuurin päivittäminen vie aikaa. On edelleen huomattava määrä yrityksiä, joilla on vain 2.4 verkkoja.
Hyvin harvat häiriölähteet. Lukuun ottamatta edellä mainittua tutkaa tietyillä taajuuksilla, ei-WiFi-häiriöiden todennäköisyys on erittäin pieni.
Suurempi suorituskyky. Teoriassa molemmat kykenevät nopeuteen 600Mbps. Käytännössä niin ei kuitenkaan ole, koska suuri osa parantuneesta kyvystä riippuu kanavan sitoutumisesta. Tämä on valinnainen tila, jossa laite käyttää useita vierekkäisiä kanavia samanaikaisesti. Muistatko aiemmin, kuinka keskustelemme siitä tosiasiasta, että 2.4-kaistalla on vain 3 päällekkäistä kanavaa?
Tämä tekniikka käyttäisi 2 näistä 3. Joten ei vain, että ärsytät todella naapureitasi, kaikki rinnakkaiskanavien ja vierekkäisten kanavien häiriöt tekisivät todennäköisesti verkon suorituskyvyn paljon huonommaksi. Yhteenvetona voidaan todeta, että ÄLÄ salli kanavan sitomista 2,4-kaistalla.
On tulossa joitain uudempia standardeja, jotka käyttävät muita taajuusalueita. Keskustelemme niistä tulevassa artikkelissa.
Pdf FCC: n virallisesta taajuuskartasta: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Toivottavasti nautit tästä artikkelista. Mielestäni seuraavaksi tulee keskustelu eri standardeista.
Jos sinulla on WiFi-yhteyteen tai yleiseen verkottumiseen liittyviä aiheehdotuksia, kerro niistä kommenteissa.