A WiFi alapjai 1. rész: Frekvenciák és csatornák
- Kategória: Hálózat
1947-ben az ENSZ Nemzetközi Távközlési Uniója (ITU) az RF-spektrum egyes sávjait ISM-ként jelölte meg. Az ötlet az volt, hogy létrejöjjön egy olyan nemzetközi frekvenciaszabvány, amelyet az ipari, tudományos és orvosi berendezések számára fenntartottak. Ironikus módon a távközlés nem volt az eredeti célja.
Mielőtt bármilyen adatot megvitatnánk, csak azt szeretném megjegyezni, hogy ez a cikk elsősorban az Egyesült Államok szabályozási területén fog alapulni. A különféle szabályozási területeken külön követelmények vannak az átvitt frekvenciákra és az energiabeállításokra vonatkozóan.
Bár tizenkét ISM zenekar létezik, egyelőre csak kettőre koncentrálunk. A legtöbb ember a 2,4 GHz és az 5 GHz sávnak nevezi őket.
Kezdjük a 2.4GHz ISM sávval (2.400GHz-2.500GHz). Ez a kicsi, zsúfolt frekvenciakészlet messze a legerőteljesebben használt annak ellenére, hogy a laptopok, okostelefonok és táblagépek többsége kettős rádióval van felszerelve az elmúlt néhány évben.
Ennek oka a fizika. Az általános hüvelykujjszabály az, hogy minél alacsonyabb a frekvencia, annál hosszabb a terjedése és annál jobb a penetráció. Íme 2 valós példa:
- Az autóban ül egy lámpánál. Valaki magához húz, miközben a rádió hangosan fúj. Ha nem tetszik az ízlés a zeneben, akkor feltekerheti az ablakot. Ennek a hangnak egy része csökkent, de valószínűleg nagyon jól hallja ezt a mély hangot (alacsony frekvencia).
- Egy másik példa egy nagyon speciális rádiórendszer, amelyet a katonaság használ a felmerült tengeralattjárókkal való kommunikációra. ELF-nek (rendkívül alacsony frekvencia) hívják, és olyan hosszú hullámhosszú, hogy a szükséges antenna mérföld hosszú lehet.
Oké, tehát most már tudjuk, hogy az alacsonyabb frekvenciák nagyobb lefedettségi területet és jobb jelátjutást kínálnak az akadályokon keresztül. Ha a 2,4 GHz-es sáv annyira nagy, szükségünk van valóban 5 GHz-re? A válasz igen.
2,4 GHz korlátozások
Csak 3 nem átfedő csatorna. A 2,4 GHz-es sávot 14 csatornára osztják, ezek többsége 5MHz-es távolságban van. Ez az 5MHz-es távolság nem jelentette problémát a vezeték nélküli használat kezdeti napjaiban. A technológia akkoriban körülbelül 1 MB / s teljesítményre korlátozódott. Aztán az 1990-es évek végén a 802.11b szétszórt spektrumú technológiájává vált szabványtá.
Ennek az az előnye, hogy 11 Mbps sebességet képes elérni. A hátránya az volt, hogy 22 MHz-es spektrumot használt. Tehát ha például a 6. csatornát használja, akkor legalább a 4,5,7 és a 8 csatorna használhatatlan. Ez a korlátozás ma is érvényes, függetlenül attól, hogy régebbi 802.11g vagy a legújabb 802.11n (2.4GHz) WiFi készüléket használ. Ez az egyik legfontosabb korlátozás.
Túlzsúfolt. Ez együtt jár az előző korlátozással. Noha a 802.11a (5GHz) és a 802.11b (2.4GHz) szabványokat kiadták, a költségkülönbségek miatt csak a 802.11b alkalmazását látta akkoriban. Ennek eredményeként a WiFi forgalom nagy része még ma is a 2,4 GHz-es sávot használja.
Álljon bármilyen tisztességes város belvárosi utcai sarkán, és futtassa a WiFi szkennelő szoftvert. Valószínűleg legalább 20 jelet fog látni; 40 évesnél többet láttam Washington DC belvárosában. Ne feledje, hogy mind a 40 jel mindössze 3 csatornán működik.
Ez egy ISM sáv, és definíciója szerint nyitva áll más típusú eszközök számára. Számos olyan, nem WiFi eszköz, amely zavart okozhat: mikrohullámú sütő, vezeték nélküli telefonok, Bluetooth eszközök, babafigyelők, videokamerák, garázskapu nyitók stb.
Ezek a dolgok súlyosan megzavarhatják a hálózatot, és rendkívül nehéz észlelni speciális spektrum-elemző hardver és szoftver nélkül.
Ezután az 5 GHz-es sávról beszélünk
A szokásos ISM sáv (5,725–7,825 GHz) mellett az FCC spektrumot adott ki az UNII (Nem engedélyezett Nemzeti Információs Infrastruktúra) sávokból, hogy ösztönözze a vezeték nélküli technológia használatát. Azt is meg kell jegyezni, hogy a különféle szabályozó ügynökségek folyamatban vannak az 5 GHz-es tartományban elérhető 195 MHz frekvenciatartomány hozzáadásának folyamatán.
5 GHz-es korlátozások
Amint azt korábban tárgyaltuk, a magasabb frekvenciák nem terjednek messze, és nem akadnak át az akadályokon sem. Hasonlítsuk össze a 2,4 GHz-es sávval a valós világban.
- A szabadban az 5 GHz-es jelek a távolság kb. 1/3-tól ½-ig terjednek.
- A használható jelminőség 1 belső falon történő lyukasztást követően jelentősen romlik, szemben a 2,4 GHz-es jelek körülbelül 3 falával.
Ez újabb kevésbé nyilvánvaló hátrányhoz, költséghez vezet. Az 5 GHz-es (kettős sávú) bármilyen méretű WiFi hálózat telepítésének ára legalább 2,5-szerese az egyenértékű 2,4-es hálózatnak. Sokkal több hozzáférési pontra van szüksége, általában 2,5x3x. Adja hozzá a kábelezést, az engedélyezést, a karbantartást stb.
Egyes csatornák megosztottak. Az egyes csatornákat DFS, Dynamic Frequency Selection néven jelöljük. Ezek az UNII-2 és -2 kiterjesztett sávokban található csatornák megosztják a spektrumot néhány radarrendszerrel, főleg Európában.
Emiatt a WiFi rendszert úgy kell megtervezni, hogy a radarimpulzusok lekérdezése előtt megtörténjen az adott csatorna használata. Természetesen, ha a radarimpulzusokat észlelik, akkor azonnal letiltja az érintett csatornákat.
5 GHz-es előnyei
Ahogy a fenti táblázatból világosan láthatja, sokkal több, mint 3 csatorna található. Vegye figyelembe a csatorna távolságát is - legalább 20MHz. Ez azt jelenti, hogy egyetlen csatorna sem fed át egymást; mindegyik egyszerre használható.
Sokkal kevésbé zsúfolt. A 2,4 GHz-es eszközökkel ellentétben az 5 GHz-es eszközök csak az elmúlt öt vagy hat évben terjedtek el széles körben. Az is az a tény, hogy időbe telik az infrastruktúra frissítése. Még mindig jelentős számú vállalkozás működik, amely csak 2,4 hálózatot működtet.
Nagyon kevés interferenciaforrás. Bizonyos frekvenciákon a fent említett radar kivételével a WiFi-n kívüli interferencia esélye rendkívül alacsony.
Nagyobb átviteli képesség. Elméletileg mindkettő képes 600Mbps-ra. A gyakorlatban azonban nem erről van szó, mivel a megnövelt képesség nagy része a csatornakötéstől függ. Ez egy opcionális mód, ahol az eszköz egyszerre több szomszédos csatornát használ. Emlékszel korábban, hogyan vitattuk meg azt a tényt, hogy a 2.4 sávban csak 3 nem átfedő csatorna érhető el?
Ez a technika a 3-ból 2-et fogja használni. Tehát nemcsak az, hogy valóban irritálja a szomszédait, az összes csatornán és a szomszédos csatornán történő interferencia valószínűleg sokkal rosszabbá teszi a hálózat teljesítményét. Összefoglalva: NE engedje be a csatornakötést a 2,4 sávban.
Vannak újabb szabványok, amelyek más frekvenciatartományokat használnak. Egy közelgő cikkben tárgyaljuk őket.
Az FCC hivatalos spektrumtérképének pdf formátumában: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Remélem tetszett ez a cikk. Úgy gondolom, hogy a következőm a különböző szabványokról szóló vita lesz.
Ha kérdése van egy WiFi-vel vagy általános hálózatépítéssel kapcsolatban, tudassa velem a megjegyzésekben.