Czym różnią się popularne standardy Wi-Fi.

Co to jest Wi-Fi?

225px-wi-fi_logo-svgWi-Fi – potoczne określenie zestawu standardów stworzonych do budowy bezprzewodowych sieci komputerowych. Szczególnym zastosowaniem Wi-Fi jest budowanie sieci lokalnych (LAN) opartych na komunikacji radiowej, czyli WLAN. Zasięg od kilku metrów do kilku kilometrów i przepustowości sięgającej 300 Mb/s, transmisja na dwóch kanałach jednocześnie. Produkty zgodne z Wi-Fi mają na sobie odpowiednie logo, które świadczy o zdolności do współpracy z innymi produktami tego typu. Logo Wi-Fi jest znakiem handlowym należącym do stowarzyszenia Wi-Fi Alliance.

Wi-Fi jest znakiem towarowym Wi-Fi Alliance dla certyfikowanych produktów opartych na standardach IEEE 802.11. Ten certyfikat gwarantuje interoperacyjność pomiędzy różnymi urządzeniami bezprzewodowymi.

Nazwa Wi-Fi jest rozwijana jako skrót od „Wireless Fidelity”, podobnie jak norma jakości dźwięku Hi-Fi to „High fidelity”. Pomimo że takie rozwinięcie skrótu jest używane oficjalnie przez Wi-Fi Alliance, niektórzy twierdzą, że skrót ten nic nie znaczy.

Wi-Fi bazuje na takich protokołach warstwy fizycznej, jak:

    • DSSS (ang. Direct Sequence Spread Spectrum),
    • FHSS (ang. Frequency Hopping Spread Spectrum),
    • OFDM (ang. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing).

Sieć Wi-Fi działa w paśmie częstotliwości od 2400 do 2485 MHz (2,4 GHz) lub 4915 do 5825 MHz (5 GHz).

Wi-Fi jest obecnie wykorzystywane do budowania rozległych sieci internetowych (WAN). Dostawcy usług internetowych (ang. ISP, Internet Service Provider) umożliwiają użytkownikom wyposażonym w przenośne urządzenia zgodne z Wi-Fi na bezprzewodowy dostęp do sieci. Jest to możliwe dzięki rozmieszczeniu w ruchliwych częściach miast obszarów nazywanych hotspotami. W wielu dużych miastach na świecie znajdują się miejsca z dostępem do Internetu wykorzystujący ten sposób. (Za Wikipedią: Tutaj pełen opis.)


Sieci bezprzewodowe stały się bardzo popularne, możemy spotkać je teraz już praktycznie wszędzie i możemy podłączyć się do nich różnorakim sprzętem – laptop, smartfon, aparat, telewizor, drukarka, lodówka. To tylko kilka przykładów, bo liczba urządzeń osbługująca Wi-Fi jest duża i stale się powiększa. Ogromna popularność stawia coraz to większe wymagania co do zasięgu i przepustowości połączenia bezprzewodowego, dlatego też standard Wi-Fi jest prężnie rozwijany. Systematycznie, co jakiś czas dodawane są kolejne litery do oznaczenia 802.11, wielu producentów konstruuje również swe urządzenia oparte na wersjach nieoficjalnych tego standardu – draft. Dowiedzmy się, co one oznaczają, czym różnią się kolejne wersje tego standardu oraz jaki wariant wybrać, aby spełnił nasze oczekiwania.


Standardy obecnie w użyciu

tp-link-ad7200-talon-45826fd62f2Pierwsza możliwość łączenia komputerów w sieć bezprzewodową pojawiła się w 1997 roku jako standard IEEE802.11. Patrząc z perspektywy czasu, możliwości pierwszej wersji Wi-Fi były bardzo skromne. Użytkownik mógł liczyć na prędkość przesyłania danych na poziomie 1 lub 2 Mb/s. Jako medium wykorzystywano promieniowanie podczerwone oraz fale radiowe 2,4 GHz. Standard ten nie stał się jednak popularny, a po dwóch latach doczekał się uaktualnienia. We wrześniu 1999 roku ogłoszono dwa nowe warianty IEEE802.11. Pierwszy oznaczony jako 802.11a wykorzystywał fale radiowe o częstotliwości 5 GHz i oferował przepustowość do 54 Mb/s. Drugi, 802.11b, działał w paśmie 2,4 GHz i pozwalał na przesyłanie danych z prędkością do 11 Mb/s. Obecnie standard 802.11b nie jest już od dawna używany, natomiast 802.11a sporadycznie. Na kolejną wersję oznaczoną jako 802.11g użytkownicy musieli poczekać do czerwca 2003 roku. Wtedy to właśnie oficjalnie zatwierdzono tę najbardziej popularną do tej pory wersję standardu Wi-Fi. Urządzenia obsługujące 802.11g działały w paś­mie 2,4 GHz i były kompatybilne wstecz z 802.11b, przy czym umożliwiały osiągnięcie przepustowości maksymalnie 54 Mb/s. To wartość, która bez problemu pozwala na pracę biurową i komfortowe przeglądanie zasobów sieciowych, dlatego też wiele osób w dalszym ciągu używa standardu 802.11g.
ewolucja

Kolejną wersją był 802.11n, jednak nim standard ten został oficjalnie zatwierdzony, na rynku pojawiło się wiele urządzeń opisywanych przez producentów jako Draft N. Jedne umożliwiały pracę z prędkością 150 Mb/s (N Lite), inne zaś miały wydajność 300 Mb/s. W październiku 2009 roku finalnie zatwierdzono 802.11n i określono jego maksymalną szybkość na poziomie 600 Mb/s przy wykorzystaniu dwóch pasm – 2,4 i 5 GHz. W 802.11n zaczęto stosować technologię MIMO wykorzystującą wiele anten do nadawania i odbioru. Dzięki niej sygnał Wi-Fi jest rozdzielany na kilka strumieni, które są niezależnie nadawane i równocześnie odbierane przez kilka odbiorników (2×2, 3×3). MIMO polepsza zasięg sieci Wi-Fi oraz wydajność. Dodatkowym zabiegiem na podniesienie transferów było rozszerzenie szerokości kanału z 20 do 40 MHz. 802.11n to obecnie najbardziej popularny standard Wi-Fi, choć doczekał się już aktualizacji. Pomysł na połączenie obu pasm przyśpieszył pracę nad nowym standardem 802.11ac.

Standardy N i AC

wifiObecnie kończy się proces wdrażania pierwszej fali standardu 802.11ac, która obsługuje MIMO 4×4 z szybkością 433 Mb/s, co po przemnożeniu daje nam szybkość 1733 Mb/s. Jak to możliwe, skoro urządzenia 802.11n korzystające z czterech anten osiągały maksymalnie 600 Mb/s? Otóż wszystko można łatwo obliczyć, rozkładając standard 802.11ac na czynniki pierwsze. W przypadku standardu 802.11n prędkością, która ulegała wielokrotności, była 150 Mb/s, teraz dzięki rozszerzeniu kanału oraz zmianie modulacji udało się zwiększyć tę prędkość do 433 Mb/s. Więc 150 Mb/s podwojono przez zwiększenie pasma z 40 MHz do 80 MHz – to tak, jakby dobudować kolejny pas jezdni do drogi jednopasmowej. Kolejnym krokiem była zamiana modulacji, która pozwoliła osiągnąć przepustowość 433 Mb/s na jeden nadajnik/odbiornik.
modulacja

Dwa pasma – lepsza wydajność

tabelaOkazuje się jednak, że poszerzenie kanałów oraz zmiana modulacji, to nie wszystkie triki, jakie stosują producenci, aby zwiększyć przepustowość sieci Wi-Fi. Powszechnie zarówno w urządzeniach działających w standardzie 802.11n, jak i 802.11ac korzysta się równolegle z pasma 2,4 oraz 5 GHz. Sumując wydajność uzyskaną w obu pasmach, uzyskujemy wartość podawaną przez producentów w specyfikacjach urządzeń. W tabeli możemy sprawdzić, w jaki sposób producenci obliczają wydajność ruterów. Żeby ją osiągnąć, trzeba niestety dość specyficznych warunków – przynajmniej dwóch urządzeń (rutera i klienta) z dwuzakresowym modułem Wi-Fi obsługujących standard 802.11ac.

Zasięg sieci Wi-Fi

wi-fiOprócz wydajności również ważnym parametrem jest zasięg sieci Wi-Fi. Okazuje się, że w tym aspekcie zdecydowanie lepiej wypada standard 802.11n. W paśmie 2,4 GHz zapewni on dostępność sygnału sieci w odległości około 70 m od rutera wewnątrz domu i 250 m na zewnątrz. Nowszy i wydajniejszy 802.11ac przy użyciu częstotliwości 5 GHz da nam tylko zasięg około 35 m wewnątrz budynku. Na zewnątrz zaś używanie ruterów działających w standardzie 802.11ac nie zawsze jest dopuszczalne. Jeżeli ruter używa niskich kanałów pasma 5 GHz, może zakłócać działanie satelit i radarów (w instrukcji znajdziemy odpowiednią adnotację). Do użytku zewnętrznego można natomiast wykorzystać punkty dostępowe działające w standardzie 802.11ac lub ruter korzystający z kanału 100 lub wyższego (w paśmie 5 GHz).

W miastach możemy zaobserwować coraz większe zagęszczenie sieci 2,4 GHz. Ponieważ liczba kanałów w tym paśmie jest ograniczona do 13, a rutery nadają z dużym zasięgiem, łatwo o nakładanie się na siebie sieci, co powoduje spadek wydajności naszego połączenia nawet o połowę. Zasięg sieci 5 GHz jest mniejszy, co może sprzyjać mniejszemu zagęszczeniu sieci, a samo pasmo mniej popularne. Więc jeżeli mamy problem ze zbyt dużą liczbą dostępnych sieci Wi-Fi i uciekającym zasięgiem, warto rozważyć skorzystanie z pasma 5 GHz lub skorzystanie z alternatywnych dla Wi-Fi sposobów dystrybucji sieci.

Przepustowość WI-Fi

wifi-802-11-ac-predkoscNa pewno każdy, kto ma w domu sieć Wi-Fi i kupił nowy ruter, zastanawia się, dlaczego urządzenie, które powinno działać z prędkością 150 Mb/s, pracuje dużo wolniej. Dlaczego oznaczenia wydajności sieci Wi-Fi są dużo na wyrost, czego nie można stwierdzić w przypadku połączeń kablowych. Niestety, na wydajność sieci bezprzewodowej składa się wiele czynników. Największe znaczenie ma tutaj sam sposób transmisji, ponieważ znaczna część naszego transferu to dane kontrolne. Dodatkowo przy ewentualnych zniekształceniach, zakłóceniach automatycznie występują retransmisje danych, czyli ponowne wysyłanie tych samych pakietów. Co natychmiast przekłada się na spadek przepustowości połączenia.
schemat
Obok danych kontrolnych podczas transmisji przesyłane są także bity zużywane na szyfrowanie danych – im jest mocniejsze, tym więcej dodatkowych danych jest dołączonych do ramki niosącej właściwe informacje. Toteż wydajność sieci Wi-Fi przy idealnych warunkach może wynieść około 50 procent teoretycznego transferu. A ponieważ na prędkość wpływa dodatkowo odległość od nadajnika oraz zakłócenia elektromagnetyczne (generowane przez mikrofalówkę, mysz bezprzewodową, Bluetooth, telefon komórkowy, porty USB 3.0 i wiele innych domowych urządzeń), to w rzeczywistości osiągamy zaledwie 25-35 procent szybkości obiecywanej przez producenta. Czyli w normalnych, domowych warunkach ruter teoretycznie działający z prędkością 150 Mb/s umożliwi nam realizację połączenia o realnej prędkości na poziomie 45 Mb/s – czyli 5,6 MB/s.

Przyszłość

wave2W roku 2016 zostanie wprowadzany produkt z tak zwanego Wave 2, czyli drugiej odsłony i tym samym aktualizacji standardu 802.11ac802.11ac. Ma ona wprowadzić zwiększenie pasma transmisji z 80 MHz do aż 160 MHz i zwiększyć liczbę anten do ośmiu. Co po zsumowaniu da nam szybkość równą prawie 7 Gb/s. Lecz odbiorniki mają mieć maksymalnie do czterech anten, więc jedno urządzenie osiągnie połowę tej prędkości. Najważniejszą innowacją jest jednak wprowadzenie technologii MU-MIMO, która pozwoli korzystać z rutera mającego osiem anten ośmiu różnym urządzeniom.

Co wybrać

W tym chaosie standardów najlepszym wyborem będzie ruter Dual Band działający w standardzie 802.11n w paśmie 2,4 GHz i 802.11ac w paśmie 5 GHz. Jeżeli nie spieszy nam się jednak z zakupem rutera, warto poczekać kilka miesięcy na kolejne urządzenia obsługujące standard Wave 2, licząc, że będą tańsze.

Źródła: Wikipedia, Samsung, Komputer Swiat