Введение в Wi-Fi
В целом Wi-Fi — это не что-то единичное, а большое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам. Название этой технологии возникло как производное от английского словосочетания wireless fidelity, которое сначала использовалось в рекламных целях, поскольку было созвучно давно устоявшемуся термину Hi-Fi из области звукозаписи и звуковоспроизведения, означающему нестандартную аппаратуру с высокой верностью (high fidelity) воспроизведения. Как иногда бывает в жизни, никто не думал и не гадал, но именно этот маркетинговый ход прижился как термин, и иного мы уже не представляем.
Разработка беспроводной технологии Wi-Fi началась в 1999 г., когда группа компаний, стоящих у истоков беспроводных технологий, — 3Com, Aironet (сейчас Cisco), Harris Semiconductor (сейчас Intersil), Lucent (сейчас Agere), Nokia и Symbol Technologies — основали организацию Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA). Именно они зарегистрировали свою новую технологию под торговой маркой Wi-Fi. В 2000 г. WECA стала частью Wi-Fi Alliance, представляющего в настоящее время промышленную группу, в которую входят более трехсот компаний — все основные производители беспроводного оборудования Wi-Fi. Удачно выбранное название технологии, как мы видим, сохранилось и стало торговой маркой теперь уже Wi-Fi Alliance. Основными задачами этого альянса являются разработка, тестирование, сертификация, поддержка и продвижение форматов беспроводной связи на основе Wi-Fi-протоколов.
Рис. 1. Модуль Wi-Fi PSF-B85 от компании ITEAD, использующий микросхему ESP8285 с высокой степенью интеграции
Интересно, что поначалу ничто не предвещало того, во что в итоге превратится эта технология, поскольку Wi-Fi разрабатывался с весьма приземленной целью. Но, как и все хорошо, грамотно и, главное, вовремя разработанное, он успешно занял свою весьма немалую нишу на рынке беспроводной связи, причем не только т. н. широкого потребления, но и индустриального оборудования, IoT и, как уже было сказано, сетей большего радиуса действия.
Первоначально стандарт Wi-Fi был предназначен для замены сетевого кабеля и использовался в качестве канала связи между ноутбуками и принтерами. Поэтому он был разработан с высокой пропускной способностью канала передачи данных (от 10 до 50 Мбит/с) и при этом на него не накладывались особые ограничения по потребляемой мощности — что сейчас является основным требованием для IoT-устройств с питанием от батареи или аккумулятора. Кроме того, достаточно свободно определялись размеры конечного решения. С появлением «Интернета вещей» стали доступны самые разные варианты исполнения Wi-Fi-модулей — например, совсем не похожие на привычные всем нам роутеры (рис. 1). Но будем справедливы: проблема энергопотребления пока остается ахиллесовой пятой многих протоколов Wi-Fi. Так, представленный на рис. 1 миниатюрный модуль при его использовании с протоколом 802.11b (CCK 1 Мбит/с, Pout = 19,5 дБм) потребляет 215 мА, в режиме 802.11n (с пакетами длиной по 1024 бит и Pout = –65 дБм) — 102 мА, а в дежурном режиме — 70 мА, что явно многовато. Тем не менее, отвечая требованиям рынка, появились и решения с пониженным энергопотреблением. Все старые и новые протоколы, а также особенности реализации Wi-Fi будут рассмотрены ниже.
В большое и давно состоявшееся семейство Wi-Fi входит много «родственников», имена которых начинаются с IEEE 802.11. Именно благодаря тому, что все они подпадают под стандарты семейства IEEE 802.11xxx, технология Wi-Fi обеспечивает решения почти на любой вкус . Как и все удачные разработки в мире электроники, Wi-Fi эволюционирует и постоянно развивается по мере появления новых идей и технологий. В настоящее время его наиболее популярная разновидность работает в ISM-диапазонах 2,4 и 5 ГГц, но с национальными ограничениями: так, в России для этой технологии разрешены не требующие лицензирования (при выполнении ограничений по мощности) полосы частот 2400–2483,5 МГц и 5150–5350 МГц.
Несмотря на существующие проблемы, к которым мы еще вернемся, аналитики не справляют по технологии Wi-Fi поминки, а прогнозируют ей достаточно хорошие перспективы (рис. 2). Особенно это касается роста рынка оборудования Wi-Fi с малым собственным потреблением — применительно к интересующей нас теме IoT .
Рис. 2. Прогноз развития рынка оборудования с использованием технологии Wi-Fi. Источник информации: исследование компании ABI, 2015 г.
Wi-Fi большого радиуса действия
Как уже было сказано в начале этой статьи, технология Wi-Fi не ограничивается сетями малого радиуса и небольшой зоной покрытия. Голь, как известно, на выдумки хитра. Была найдена лазейка: появились поставщики, которые предоставляют оборудование для обеспечения беспроводной связи на больших расстояниях с использованием частот и типов модуляции технологии Wi-Fi в сочетании с более крупными и эффективными антеннами, в некоторых случаях узконаправленными. Кроме того, в таком оборудовании, как правило, применяется технология, позволяющая удаленной точке доступа (в виде физического устройства) получать электрическую энергию вместе с данными через стандартную витую пару Ethernet-соединения. Эта технология называется PоE (от англ. Power over Ethernet, буквально — питание через Ethernet). Как уже упоминалось, такие устройства доступа могут быть сконфигурированы как соединение точка-точка (point-to-point) или как радиально-узловая многоточечная связь — точка-мультиточка (point-to-multipoint). Благодаря особенностям реализации они позволяют обеспечить связь в не требующем лицензирования спектре радиочастот Wi-Fi с дальностью около 20 км. Однако такое хитрое использование нелицензионного спектра может повлечь и значительные уровни помех. Тем не менее подобные системы применяются поставщиками беспроводных интернет-услуг в полосах 2,4 и 5 ГГц в городских и пригородных районах.
Для частных транзитных сетей такое решение предоставляет недорогой способ ретрансляции данных на большие расстояния. Сопряжение ретрансляционных станций с локальной точкой доступа дает возможность быстрого и простого соединения с кластером устройств с поддержкой Wi-Fi в отдаленной области — например, для рекреационных или сельскохозяйственных нужд. Хотя это имеет минимальное отношение к интересующему нас беспроводному «Интернету вещей», подобное решение может быть хорошим инструментом для построения сетей с большим радиусом покрытия от отдельного устройства. Но с потреблением энергии на уровне ватт они, скорее всего, не будут использоваться как узловые IoT-устройства.
Мифы, связанные с Wi-Fi
Как и любая новая технология, а тем более невидимая, Wi-Fi вызывает не только принятие, но и опасения, а также ошибочные суждения. Разберем основные мифы про беспроводную сеть.
Миф 1. Wi-Fi может стать причиной возникновения онкологии
Нет научных доказательств, что беспроводная сеть Wi-Fi и электромагнитное излучение от нее вызывают рак. Кроме того, в 2020 году специалисты Международного комитета по защите от неионизирующей радиации пришли к выводу: маловероятно нанести человеку вред электромагнитным излучением в диапазоне от 100 кГц до 300 ГГц (в том числе устройствами Wi-Fi). Позже Всемирная организация здравоохранения с этим согласилась.
Миф 2. Чем выше скорость Wi-Fi, тем лучше для устройств
Высокая скорость Wi-Fi «полезна» для устройств в том случае, если вы скачиваете большие файлы, стримите видео высокого качества или играете в онлайн-игры. Для повседневных задач: чтение электронной почты и просмотр веб-страниц — стандартная скорость Wi-Fi подходит для всех устройств.
Миф 3: Множество устройств, подключенных к Wi-Fi, замедляют работу сети
Современные маршрутизаторы и точки доступа могут обрабатывать множество подключений без замедления. Роутеры с технологией MIMO (множество входов — множество выходов) и широким каналом полосы частот обеспечивают хорошую производительность при большом количестве подключенных устройств.
Что такое точка доступа
Это обычный сетевой роутер, только передающий сетевые пакеты по
радиосигналу стандарта 802.11. Выполняет те же функции, что и простой
сетевой роутер — присвоить подключаемому устройству IP
адрес, передать ему сетевые настройки и далее обеспечить передачу
сетевых пакетов от этого устройства к другим устройствам сети
(маршрутизацию).
Иначе говоря точка доступа это WiFi-роутер. В магазинах это оборудование так
и называется — WiFi-роутер.
Чаще всего выглядит WiFi роутер точно так же как ADSL
модем или Ethernet
роутер. Только с антенной. Входящее подключение на этот роутер бывает
формата RJ-11 (телефонный разъем)
или RJ-45 (разъем для
сетевого кабеля). В первом случае WiFi-роутер получает Интернет через
телефонную линию, по технологии ADSL (xDSL). Во
втором случае WiFi-роутер получает Интернет через сетевой кабель по
технологии PPPoE FTTx. Бывают еще и сотовые WiFi-роутеры, немного похожие по
виду на сотовые телефоны. Такой роутер
получает Интернет через сотовую сеть GSM.
Получаемый Интернет WiFi-роутер раздает через свой встроенный WiFi адаптер.
Точка доступа это WiFi-роутер полностью настроенный для раздачи Интернет
через WiFi. Это точная формулировка.
Каждая точка доступа имеет свое имя (в настройках
роутера обозначается как SSID). Это имя можно
задать в настройках WiFi-роутера. Это имя будет видно WiFi-клиентам при
обзоре доступных точек доступа. Когда вы на своем WiFi-устройстве захотите
подключиться к точке доступа, ваше устройство вначале выдаст список имен
всех точек доступа, которые он «видит» в настоящий момент. И далее вы можете
выбрать нужную точку доступа по ее имени.
Если в настройках WiFi-роутера включена защита, тогда, (там же в
настройках), указывается пароль к этой точке доступа. И без пароля уже
нельзя будет подключиться к этой точке доступа.
Различные типы сетевых интерфейсов и их устройство
Сетевой интерфейс является главным компонентом сетевого устройства, который позволяет подключаться к сети и обмениваться данными. Существуют разные типы сетевых интерфейсов, каждый из которых имеет свои особенности и применение.
1. Кабельные интерфейсы
Одним из наиболее распространенных типов сетевых интерфейсов являются кабельные интерфейсы. Они позволяют подключить сетевое устройство к сети с использованием физического кабеля. Кабельные интерфейсы могут быть различных типов, таких как Ethernet, USB, HDMI, VGA и другие.
Ethernet
Ethernet является одним из самых популярных типов кабельных интерфейсов. Он используется для подключения компьютеров и других устройств к локальной сети. Ethernet интерфейсы могут быть разных скоростей передачи данных, например, 10/100/1000 Мбит/с и выше.
USB
USB (Universal Serial Bus) интерфейс также широко используется для подключения различных устройств к компьютеру, включая сетевое оборудование. Он позволяет передавать данные и обеспечивает питание подключенного устройства.
HDMI и VGA
HDMI (High-Definition Multimedia Interface) и VGA (Video Graphics Array) — это интерфейсы, которые используются для передачи видеосигнала. Они обычно используются для подключения компьютеров, но также могут использоваться для подключения сетевых устройств к мониторам или телевизорам.
2. Беспроводные интерфейсы
Беспроводные интерфейсы позволяют подключаться к сети без использования физических кабелей. Они особенно полезны в случаях, когда проводной доступ невозможен или неудобен. Беспроводные интерфейсы используются на мобильных устройствах, компьютерах, ноутбуках, планшетах и других устройствах.
Wi-Fi
Wi-Fi является наиболее распространенным беспроводным интерфейсом. Он использует радиочастоты для передачи данных между устройствами. Wi-Fi интерфейсы позволяют подключаться к беспроводным сетям в доме, офисе или общественных местах.
Bluetooth
Bluetooth — это еще один популярный беспроводной интерфейс, который широко используется для подключения различных устройств, таких как наушники, клавиатуры, мыши и др. Он обеспечивает беспроводную связь на небольшие расстояния.
3. Оптические интерфейсы
Оптические интерфейсы используют оптические волокна для передачи данных по световым сигналам. Они обеспечивают очень высокую скорость передачи данных и большую дальность связи.
SFP (Small Form-factor Pluggable)
SFP — это тип оптического интерфейса, который используется в сетевых оборудованиях для подключения к оптическим сетям. SFP-модуль можно легко вставить и извлечь из сетевого устройства.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable)
QSFP — это более современный вариант оптического интерфейса, который может обеспечивать большую пропускную способность данных и более высокую скорость передачи.
4. Протокольные интерфейсы
Протокольные интерфейсы позволяют обмениваться данными по определенным сетевым протоколам. Они используются для передачи данных в сети и обеспечивают правильное форматирование и обработку информации.
TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) является наиболее распространенным протоколом в сетевых интерфейсах. Он используется для передачи данных в Интернете и обеспечивает надежную и безопасную связь между устройствами.
ICMP (Internet Control Message Protocol)
ICMP — это протокол, который используется для отправки сообщений об ошибках, проверке доступности узлов сети и других служебных задач.
В заключение, разные типы сетевых интерфейсов обеспечивают подключение и обмен данных между устройствами в сети. Выбор конкретного интерфейса зависит от требований сети, устройств и задач, которые требуется выполнить.
ИК-технология
К основным недостаткам ИК-технологии можно отнести необходимость обеспечения прямой видимости между оптическими сенсорами приемника и передатчика, а также ограниченные допуски на угол их отклонения относительно друг друга.
В настоящее время ИК-интерфейс наиболее часто используется для оперативного соединения двух портативных компьютеров, например двух КПК или КПК и ноутбука. Подобная схема хороша для оперативного обмена небольшими объемами данных или в тех случаях, когда под рукой отсутствует интерфейсный кабель. Однако передача файлов большого объема (например, аудиозаписей) таким способом потребует значительных затрат времени из-за относительно невысокой пропускной способности оптического канала.
Еще одним распространенным вариантом использования ИК-интерфейса является подключение КПК или ноутбука к мобильному телефону с поддержкой GPRS. В этом случае мобильный телефон выполняет роль периферийного устройства (GPRS-модема), позволяющего реализовать возможность беспроводного доступа к ресурсам Всемирной паутины через сотовую сеть. Однако в мобильных условиях использование ИК-интерфейса для подобных целей часто связано с рядом неудобств, вызванных описанными выше ограничениями ИК-технологии.
Беспроводная мышь с ИК-интерфейсом
Некоторые производители используют ИК-интерфейс для беспроводного подключения клавиатур и манипуляторов, однако в настоящее время доля подобных устройств в общем объеме беспроводных моделей невелика.
Возможность подключения по ИК-интерфейсу предусмотрена во многих моделях портативных принтеров. Правда, как показывает практика, при печати с компьютера все-таки лучше использовать интерфейсный кабель (это значительно более надежный вариант, да и скорость печати в этом случае будет заметно выше). Однако ИК-порт в принтере будет весьма полезен для печати с мобильных устройств, у которых возможность подключения принтера по кабелю не предусмотрена в принципе (таких, например, как КПК).
Как работает Wi-Fi
Wi-Fi передаёт данные от одного устройства к другому с помощью радиоволн в определённом частотном диапазоне — 2,4, 5 или 6 ГГц.
Для создания сети обычно используют роутеры или маршрутизаторы с беспроводными адаптерами. Их главное различие заключается в способе подключения к кабелю интернет-провайдера: роутер — напрямую, маршрутизатор — через модем.
На любом из этих устройств есть антенны для передачи сигнала. Они могут находиться внутри корпуса модема или маршрутизатора, а могут быть внешними. В последнем случае антенны можно направлять в сторону подключаемых устройств для улучшения сигнала.
На устройстве-получателе, например ноутбуке или смартфоне, тоже есть антенна, которая обычно находится внутри корпуса. Её размер и форма зависят от конкретного гаджета.
Если говорить просто, то передача данных с помощью Wi-Fi работает следующим образом:
- На антенны роутера или маршрутизатора подаётся ток, который используется для генерации радиоволн.
- Здесь происходит модулирование сигнала. Это означает, что его характеристики, такие как амплитуда, частота или фаза, изменяются в соответствии с битами информации, которые требуется передать. Модуляция «упаковывает» передаваемые данные (набор нулей и единиц) в форму радиоволны, пригодную для беспроводной передачи.
- На компьютере или другом гаджете приёмник демодулирует сигнал, переводя радиоволну в исходные данные, то есть в набор нулей и единиц, с которыми способны работать устройства.
Радиосигналы проходят через стены и другие преграды — это обеспечивает связь внутри помещений и на небольших расстояниях. Общая зона покрытия Wi-Fi — несколько десятков метров внутри зданий и около 100 метров у уличных точек доступа. Она зависит от мощности роутера, диапазона частот и версии стандарта. Стены, мебель, металлические объекты и другие препятствия уменьшают зону покрытия.
Для беспроводной связи используются радиоволны в диапазоне частот 2,4, 5 и 6 ГГц. Внутри диапазона есть отдельные каналы для подключения:
- Для Wi-Fi с частотой 2,4 ГГц используется три непересекающихся канала с шириной 20 МГц каждый.
- Для частоты 5 ГГц используются 33 канала, 19 из которых не пересекаются. При этом каналы имеют ширину 40 МГц, то есть в два раза больше, чем у Wi-Fi с частотой 2,4.
- Для стандарта с частотой 6 ГГц используется уже 59 каналов различной ширины. В нём появляются 14 дополнительных каналов шириной 80 МГц и семь дополнительных каналов шириной 160 МГц.
Звучит сложно, но здесь работает простое правило: чем больше непересекающихся каналов и чем больше их ширина, тем меньше помех будет возникать из-за одновременной работы нескольких сетей. Поэтому в многоквартирных домах или в бизнес-центрах, где одновременно существуют десятки или сотни беспроводных сетей, лучше использовать Wi-Fi с частотой 5 ГГц, а не 2,4 ГГц. В последнем случае они будут пересекаться, снижая стабильность друг друга.
Для безопасности передачи данных по Wi-Fi используются различные методы шифрования, например WPA (Wi-Fi Protected Access) и WPA2. Это стандарты безопасности, которые защищают беспроводные сети от взлома.
Как самостоятельно подключить и настроить сеть Wi-Fi?
Итак, предположим, вас что-то не устраивает в работе текущего роутера, интернет-соединения или провайдера. Делимся инструкцией, как самостоятельно подключиться к Wi-Fi, на случай, если нужного специалиста нет рядом.
Шаг 1. Выберите провайдера
- Исследуйте доступных провайдеров интернета в вашем регионе. Узнайте о качестве и надежности их услуг и доступности соединения.
- Определите, какая скорость интернета вам нужна. Посмотрите, какие скорости предлагают провайдеры и соответствующие тарифные планы.
Шаг 2. Выберите роутер
- Определите тип роутера, который вам нужен. Распространенные типы — однополосный (2,4 ГГц) или двухполосный (2,4 ГГц и 5 ГГц). Двухполосные роутеры обеспечивают стабильную связь, особенно на новых устройствах.
- Убедитесь, что роутер поддерживает стандарты Wi-Fi, например Wi-Fi 5 или Wi-Fi 6. Чем выше цифра в стандарте, тем больше новых устройств могут поддерживать связь с ним.
- Рассмотрите дополнительные функции роутера. Например, поддержка гостевой сети, наличие USB-портов для подключения сетевых устройств или возможность управления роутером через мобильное приложение.
Шаг 3. Настройка сети
Подключите Ethernet-кабель от модема вашего интернет-провайдера к порту WAN (Wide Area Network) на роутере. Этот порт часто помечен как «Internet» или «WAN».
- Подключите компьютер к роутеру через опцию подключения по Wi-Fi, созданного роутером. Дождитесь соединения.
- Откройте веб-браузер на компьютере и введите IP-адрес роутера в адресной строке. Адрес указан на задней панели роутера или в руководстве пользователя.
- Войдите в административную панель роутера, введите логин и пароль. Часто производители по умолчанию оставляют логин – «admin», а пароль указан на устройстве или в руководстве пользователя.
- В административной панели роутера найдите раздел «Настройки интернета» или «WAN» и выберите тип подключения, который предоставляет ваш интернет-провайдер. Обычно это PPPoE (Point-to-Point Protocol over Ethernet) или DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).
- Заполните нужные поля: имя пользователя и пароль PPPoE. Можно оставить настройки по умолчанию, если используется тип DHCP.
- Сохраните изменения, перезагрузите роутер и заново подключитесь к интернету.
После настройки роутера можно подключаться к интернету через беспроводную сеть Wi-Fi или через один из портов Ethernet на роутере.
Курс для новичков «IT-специалист с нуля» – разберемся, какая профессия вам подходит, и поможем вам ее освоить
Подробнее
Как работает сеть вайфай: подробно
Для обмена данными с устройствами Wi-Fi использует технический стандарт IEEE 802.11 для беспроводной связи. Физически это происходит с помощью инфракрасного излучения и радиоволн. Самые распространенные волны, на которых работает Wi-Fi, — это диапазон 2,4 ГГц и 5 ГГц. Их основные отличия — в скорости работы беспроводного подключения и зоне охвата. Например, если нужен большой радиус действия, используется 2,4 ГГц, а для быстрого подключения больше подходит 5 ГГц.
Чтобы использовать Wi-Fi, подключаемые устройства должны быть совместимы со стандартом, иметь встроенный Wi-Fi-адаптер или подключение к нему. Перечислим основные шаги, которые происходят в процессе подключения и передачи данных через Wi-Fi.
Шаг 1. Сканирование доступных сетей
Устройство, желающее подключиться к Wi-Fi, проводит сканирование доступных сетей. В результате сканирования на его экране отображается список точек доступа в окружающей области. В помещении радиус покрытия, как правило, 50 метров.
Шаг 2. Установление соединения
После выбора нужной сети устройство отправляет запрос на подключение к выбранной точке доступа. Этот запрос включает идентификатор сети (SSID) и данные о безопасности, если сеть защищена паролем или ключом.
Шаг 3. Аутентификация и авторизация
При получении запроса на подключение точка доступа проводит процедуру аутентификации и авторизации для проверки подлинности устройства. Сюда входит ввод пароля, ключа безопасности.
Шаг 4. Установка безопасного соединения
После аутентификации устройство и точка доступа устанавливают безопасное соединение. Это происходит путем использования протоколов шифрования данных, например WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2). Протоколы необходимы для защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа.
Шаг 5. Передача данных
После установки соединения устройство и точка доступа могут обмениваться данными. Протоколы связи Wi-Fi определяют способы пакетирования, передачи и приема данных, такие как TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Протоколы нужны для маркировки, проверки надежности передаваемой информации, а также единовременной передачи всех данных. Последнее очень пригодится, если во время соединения отдельные участки сети работают то быстрее, то медленнее.
Шаг 6. Реструктуризация и повторная передача
При потере данных во время их передачи Wi-Fi использует метод повторной передачи. Кроме того, у сети есть функция реструктуризации — разбивки больших пакетов данных на фрагменты. Эти особенности позволяют устройствам обмениваться информацией в условиях переменного и не всегда стабильного сигнала.
Иногда шаги по подключению могут отличаться в зависимости от операционной системы устройства (например, Android, iOS, Windows) и интерфейса пользователя. Однако в большинстве случаев процесс подключения к Wi-Fi похожий.
Для чего нужен вайфай
Начнем с определения. Wi-Fi – это технология беспроводной передачи данных в рамках локальной сети, осуществляемой устройствами на основе стандарта IEEE 802.11. В текущем современном мире технология передачи данных окутывает всё большее число устройств: ТВ, телефон, пылесос, холодильник и даже чайник может уже использовать технологию Wi-Fi.
История
Wi-Fi – это беспроводные сети, по которым передаются данные в сети интернет. Предшественником вай-фая действительно является радио, а ближайшим современником – технология Bluetooth. Как в отсутствие радиосигнала невозможно передать звук, так и в отсутствие интернета не будет работать ни одна беспроводная сеть.
Происхождение слова
Аббревиатура Wi-fi расшифровывается на английском как wireless fidelity – буквально, «беспроводная точность». Подразумевается, что благодаря этой технологии данные в целости и сохранности, соблюдая приватный характер, передаются от отправителя к получателю.
Произношение
Аббревиатура произносится на русском как «вай фай». Пользователи интернета обычно имеют хорошее чувство юмора, поэтому иногда можно услышать и fi wi (фай вай) или «вай вах» как ошибочное название.
«Есть вайфай» – что это значит
Выражение «есть вайфай» обозначает, что на какой-то территории (от квартиры до чистого поля) существует беспроводная сеть, к которой теоретически можно подключиться. Правда, для этого она должна быть открытой, то есть не защищенной паролем.
В поезде
В автобусе
В кафе
Вред излучения правда или миф
Поскольку Wi-Fi работает по тому же принципу, что и все другие волны, существует мнение, что излучение от беспроводной сети вредно для здоровья. В реальности это излучение не вреднее волн, исходящих от мобильных телефонов, с которыми мы сегодня не расстаемся. Между тем, если разобраться, как именно работает вай фай, то и эти волны перестанут вызывать страх у пользователей.
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.
Беспроводные интерфейсы: перспективы развития и инновационные технологии
Беспроводные интерфейсы играют огромную роль в современном мире. Они позволяют нам свободно передвигаться, не ограничиваясь проводами и кабелями. Благодаря беспроводным интерфейсам мы можем подключаться к Интернету, передавать данные, контролировать устройства и многое другое. Перспективы развития беспроводных интерфейсов выглядят очень обнадеживающе, ведь с каждым годом они становятся все более функциональными и удобными.
Одной из ключевых инновационных технологий в области беспроводных интерфейсов является Wi-Fi 6 (802.11ax). Эта технология позволяет значительно увеличить скорость и пропускную способность сети, что особенно актуально в условиях все большей загруженности Wi-Fi вкотодома и рабочих местах. Wi-Fi 6 также обеспечивает более стабильное и надежное соединение, что делает его идеальным для передачи потокового видео, онлайн-игр и других приложений, требующих высокой скорости и отзывчивости.
Еще одной инновационной технологией является Bluetooth 5.0. Она позволяет увеличить диапазон действия до 240 метров и улучшить скорость передачи данных в 2 раза по сравнению с предыдущей версией Bluetooth. Bluetooth 5.0 также обладает более низким энергопотреблением, что позволяет устройствам работать дольше без подзарядки.
Еще одной интересной технологией является Near Field Communication (NFC). Она позволяет открывать возможности бесконтактной оплаты, прикладывая смартфон или карту к терминалам оплаты. NFC также используется для передачи данных между устройствами, такими как смартфоны и наушники, позволяя быстро и удобно делиться информацией.
Другие инновационные технологии в области беспроводных интерфейсов включают Zigbee, Thread, Z-Wave, LoRa, и многие другие. Они предназначены для управления умными домашними устройствами, такими как умные термостаты, освещение, системы безопасности, и позволяют создавать удобные и энергоэффективные системы умного дома.
Перспективы развития беспроводных интерфейсов не ограничиваются только улучшением существующих технологий. Ученые и инженеры продолжают работать над созданием совершенно новых и инновационных методов беспроводной коммуникации, таких как использование световых волн (Li-Fi), радиоволновых разносторонних антенн, квантовой связи и других уникальных технологий, которые могут изменить наше представление о передаче данных и связи в целом.
Беспроводные интерфейсы продолжают развиваться и инновировать, открывая перед нами все новые возможности. Будущее принадлежит беспроводным интерфейсам, и мы можем ожидать еще больше удобства, скорости и функциональности в наших устройствах, связанных между собой и с Интернетом.