Наші офіси: м.Галич м-н.Різдва 7а;м. Івано-Франківськ вул.Кармелюка 4

(3431) 22-784 ple_net@ukr.net

Технологія Wi-Fi: сьогодення і майбутнє. Все про стандарти 802.11ac / ad / ax / ah і WirelessHD

Майбутнє Вай Фай

У самому початку 2014 року організація IEEE нарешті прийняла остаточні специфікації стандарту 802.11ac для бездротових мереж. Швидкість передачі даних знову збільшилася, але в IEEE не збираються зупинятися на досягнутому і вже розробляють наступника – стандарт 802.11ax. Крім цього, йде робота над створенням інших бездротових технологій. Про сьогодення і майбутнє Wi-Fi читайте далі.

Вступ

Здається, не варто говорити в черговий раз, наскільки незамінною річчю в нашому житті стали бездротові мережі. Майже в кожній квартирі є точка доступу Wi-Fi. З появою все більшої кількості мобільних пристроїв без цього бездротового стандарту вже просто не обійтися. Wi-Fi-мережами почали покриватися не тільки великі торгові центри, парки і організації громадського харчування, а й громадський транспорт.  Як бачите, перед бездротовим стандартом ставляться все більш складні завдання, оскільки точкам доступам доводиться працювати з досить великим і при цьому постійно зростаючим числом користувачів.

Не так давно, в 2014 році, були прийняті остаточні специфікації самого «свіжого» на сьогодні Wi-Fi стандарту – IEEE 802.11ac. В даний час маршрутизатори з підтримкою IEEE 802.11ac ще тільки стають масовими, але в організації IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) вже йде робота над наступним (шостим) поколінням бездротових мереж – 802.11ax. Сьогодні ми розповімо вам, якими поліпшеннями може похвалитися версія «ac» і яким шляхом підуть інженери IEEE при розробці 802.11ax, а також інших бездротових стандартів.

802.11ac

Перед тим, як почати нашу «історію», необхідно в загальних рисах розповісти про те, як відбувається сам процес прийняття специфікацій Wi-Fi. Організація IEEE безпосередньо розробляє ці специфікації і затверджує їх. Однак крім неї існує ще й об’єднання Wi-Fi Alliance. Цей консорціум складається з численних компаній, які займаються розробкою девайсів для бездротових мереж. Так ось, Wi-Fi Alliance займається тим, що сертифікує все що випускається на відповідність прописаним IEEE вимогам.

                                   Wi-Fi налічує далеко не один стандарт

Отримання такого сертифікату зовсім не обов’язково. До того ж для фірм виробників воно і не безкоштовно. Однак найчастіше виробникам набагато вигідніше мати мітку про проходження сертифікації: як не крути, але цей маркетинговий хід позитивно впливає на продажі пристроїв, особливо на ранньому етапі. Вся справа в тому, що процес прийняття остаточних специфікацій Wi-Fi, як правило, розтягується на кілька років. Наприклад, на затвердження стандарту 802.11n свого часу пішло близько 5 років. Його розробка почалася в 2004 році, а в 2006 була прийнята перша попередня драфт-версія. Остаточно 802.11n був затверджений тільки в 2009 році. Така ж доля спіткала і нинішнє покоління бездротових мереж – 802.11ac. Його проектування стартувало ще в 2008 році, а закінчилося лише в кінці 2013.

Такий стан справ не зовсім влаштовує виробників. Протягом останніх років вони випускали пристрої, ґрунтуючись на попередніх версіях 802.11ac. А до 2009 року аналогічна ситуація була з стандартом 801.11n. У підсумку перші 802.11ac девайси з’явилися ще в 2012 році, хоча дебютна програма сертифікації організації Wi-Fi Alliance відбулася лише в середині 2013 року. Та й зараз на ринку можна зустріти лише ті пристрої, які відповідають драфт-версії 802.11ac (надалі будемо називати їх роутерами або антенами першої хвилі). У деяких з них (наприклад, в шестиантенному роутері Netgear Nighthawk X6) виробники використовували власні напрацювання, які дозволяли «вичавити» з технології ще більше продуктивності. Ну а поява роутерів другої хвилі, заснованих на остаточної специфікації 802.11ac, вийшли в першій половині 2015 року. Вони можуть запропонувати більш високу продуктивність за рахунок підтримки деяких нових функцій.


Той самий шестиантенний Netgear Nighthawk X6

 

Необхідно сказати декілька слів про технічну сторону стандарту 802.11ac. Він працює на частоті 5 ГГц. Цей діапазон завантажений значно менше, ніж 2,4 ГГц, тому сигнал менше схильний до різних перешкод. У нову технологію також перекочувала функція SU-MIMO (single-user multiple input / multiple output), яка була чи не основною відмінною рисою 802.11n. Принцип її роботи полягає в тому, що вона дозволяє передавати одному клієнту (пристрою) відразу кілька потоків інформації. У 802.11ac технологія отримала більш продуктивну систему модуляції, яка забезпечує максимальну пропускну здатність кожного потоку в 433 Мбіт / с. При цьому варто відзначити, що роутери першої хвилі підтримують передачу до трьох потоків одночасно, тому їх сумарна пропускна здатність знаходиться в районі 1300 Мбіт / с. Це набагато більше того, що дозволяє стандарт 802.11n. У ньому також була реалізована паралельна передача даних по трьох потоках, однак ширина кожного потоку дорівнювала всього лише 150 Мбіт / с, що в сукупності становило скромні 450 Мбіт / с.

Роутери другої хвилі отримали кілька важливих змін. По-перше, у них з’явитлася підтримка технології MU-MIMO (multi-user multiple input / multiple output). Вона працює за таким же принципом, як і SU-MIMO, проте на відміну від останньої вміє передавати дані не одному, а відразу декільком клієнтам.

По-друге, нові роутери можуть об’єднувати кілька каналів на частоті 5 ГГц в єдиний потік з пропускною здатністю з частотою 160 МГц. Справедливості заради потрібно відзначити, що роутери першої хвилі також вміють об’єднувати кілька каналів, однак частота смуги пропускання становить 80 МГц. По-третє, нові роутери  підтримують передачу по восьми потоках одночасно – замість поточних трьох. Крім усього іншого, девайси другої хвилі використовують більш широкі канали і додаткові потоки, поліпшену технологію формування спрямованого сигналу (beamforming) та інші функції. Це дозволяє наростити швидкість фізичної передачі даних до 7-10 Гбіт / с.

Технологія формування спрямованого сигналу (beamforming)

Про бімформінг варто поговорити окремо. За великим рахунком, в 802.11 ця технологія використовується не вперше. Стандарт n також підтримував її, проте тільки на рівні опцій. IEEE не зобов’язувала виробників впроваджувати бімформінг, а навіть якщо вони і вирішувалися на такий крок, то чітких вказівок з боку IEEE про те, як повинна працювати технологія, не було. Тому виникали ситуації, коли маршрутизатори та Wi-Fi-адаптери по-різному формували спрямований сигнал, і технологія не працювала. Щоб уникнути цього, деякі компанії навіть випускали набори пристроїв, один з яких підключався до роутера, а інший – до комп’ютера або будь-якого іншого гаджету. Одним з таких наборів був Netgear WNHDB3004 Wireless Home Theater Kit, призначений для домашніх кінотеатрів. Вартість пристроїв, само собою, була досить висока і лише одиниці прагнули переплачувати за незначну прибавку продуктивності.

З появою 802.11ac ситуація з бімформінгом змінилася. IEEE прописала чіткі правила для імплементації технології, хоча і не зробила її обов’язковою. Тепер, якщо один пристрій підтримує бімформінг, а інше – ні, то вони все одно будуть працювати разом, хоча раніше це було неможливо.

На практиці формування спрямованого сигналу дозволяє більш ефективно використовувати смугу пропускання, що позитивно відбивається на передачу потокового відео, як звукових всіх інших операціях, чутливих до пропускної здатності і латентності мережі.

Отже, як же працює технологія? Бездротові роутери і адаптери мережі, які не підтримують бімформінг, однаково транслюють дані за всіма напрямами. В цьому випадку можна провести паралель із звичайною настільною лампою, яка однаково висвітлює предмети в певному радіусі. У свою чергу, девайси, які підтримують дану технологію, здійснюють передачу даних в конкретному напрямку – туди, де знаходиться девайс, який приймає сигнал. Якщо клієнтський пристрій також вміє формувати спрямований сигнал, то разом з маршрутизатором вони можуть обмінюватися інформацією про своє місцезнаходження і, виходячи з цього, визначати найкоротший один до одного шлях.

Серед роутерів першої хвилі зустрічалося не так багато девайсів, які підтримували бімформінг. В основному це були продукти компанії Netgear, але свої моделі представили компанії D-Link і Linksys. Остаточно прижився бімформінг вже в маршрутизаторах другої хвилі.

IEEE 802.11ax – наступне покоління Wi-Fi

Стандарт 802.11ac був остаточно затверджений лише в 2014 році, але в стінах організації IEEE вже кипить робота по розробці наступного покоління Wi-Fi – 802.11ax. Незважаючи на це, за попередніми планами прийняти фінальні специфікації IEEE має намір не раніше 2019 року. Однак, судячи з розвитку стандартів 802.11n і 802.11ac, перші 802.11ax пристрої ми побачимо значно раніше. За найоптимістичнішими прогнозами, нові девайси можуть з’явитися вже в цьому році.

Трохи пролив світло на новий стандарт віце-президент з технологій об’єднання Wi-Fi Alliance Грег Енніс (Greg Ennis): «До 802.11ax вже проявляють дуже великий інтерес. І вже в даний час дуже багато людей в компанії беруть участь в розробці технології ». Енніс також додав, що розробка ще дуже далека від завершення, адже виробникам потрібно домовитися про те, які механізми і технології модуляції будуть застосовуватися в роботі 802.11ax.


Віце-президент з технологій об’єднання Wi-Fi Alliance Грег Енніс

Крім цього, за словами Енніс, чи не головним пріоритетом в процесі розробки є не стільки збільшення пропускної здатності всієї мережі, скільки швидкість передачі даних кожного окремого клієнта. Причому інженери намагаються досягти чотирикратного збільшення цього показника. За інформацією, отриманою з табору китайської компанії Huawei, яка бере активну участь в діяльності робочої групи стандарту 802.11ax, швидкість передачі даних вже досягає 10,53 Гбіт / с на частоті 5 ГГц.

802.11ax також зможе похвалитися збільшеною продуктивністю в мережах з великою кількістю користувачів, наприклад, у випадку з точками доступу в громадських місцях. Це буде можливо завдяки більш ефективному використанню доступного спектру і поліпшеною роботі з інтерференцією. Крім цього, свій вклад в підвищення швидкодії Wi-Fi внесе і зміни в роботі основних протоколів – того ж MAC (Medium Access Control). Все це зробить громадські точки доступу не тільки більш продуктивними, але і більш надійними.

Примітно, що стандарт 802.11ax буде використовувати чотири роздільних потоки MIMO, кожен з яких матиме підтримку технології множинного доступу з ортогональним частотним розділенням сигналу (OFDMA, Orthogonal Frequency-Division Multiple Access). Це дозволить роутерам передавати великі обсяги даних. Принцип роботи технології OFDMA багато в чому збігається з ортогональним частотним мультиплексуванням (OFDM, Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). І OFDMA, і OFDM кодують інформацію на декількох допоміжних частотах, проте OFDMA робить це ефективніше, розміщуючи більше інформації в одиниці повітряного простору. До речі, фраза Multiple Access якраз і говорить про засобах розподілу допоміжних частот між різними користувачами.


Специфікації 802.11ax будуть прийняті не раніше 2018 року

 

Якщо перевести все написане в конкретні цифри, то легко підрахувати, що чотириразове збільшення продуктивності дозволить домогтися пропускної здатності близько 3,5 Гбіт / с для кожного окремого потоку. Наприклад, цей же показник у стандарті 802.11ac не перевищує 866 Мбіт / с. А з урахуванням застосування технології MIMO продуктивність цілої мережі може скласти 14 Гбіт / с. Смартфони і лептопи зазвичай працюють з двома або трьома потоками – в цьому випадку пропускна здатність складе 7 Гбіт / с (що прирівнюється 900 Мбайт / с) і 10,5 Гбіт / с (одна тисяча триста сорок чотири Мбайт / с) відповідно.

Але це в теорії. На практиці ці показники будуть значно нижчі. Ймовірно, що швидкість кожного окремого потоку на частоті 80 МГц складе близько 1,6 Гбіт / с (200 Мбайт / с). Ну а якщо клієнтський пристрій підтримує MIMO, то швидкість буде вище в 2-3-4 рази. Що стосується людних місць, тих же супермаркетів і парків, то там частота каналу зазвичай удвічі нижче – 40 МГц. Відповідно, знижується продуктивність кожного потоку до 800 Мбіт / с (100 Мбайт / с) і всієї мережі до 3,2 Гбіт / с (400 Мбайт / с).

Головне питання полягає в тому, чи зможе 802.11ax реалізувати весь свій потенціал? Навіть найменша пропускна здатність 100 Мбайт / с для 40 МГц мереж – це більше показників читання / запису для пам’яті, використовуваної в сучасних смартфонах))). А для 80 МГц і 160 МГц це взагалі для гаджетів ще рано).

Альтернативні стандарти

Незважаючи на те, що представники IEEE вже нарекли стандарт 802.11ax спадкоємцем 802.11ac, в стінах компанії ведеться робота і над деякими іншими проектами. Одним з них є стандарт 802.11ad, відмінною рисою якого є робота в неліцензованому частотному діапазоні 60 ГГц. Пропускна здатність таких мереж зможе досягти позначки приблизно 7 Гбіт / с, хоча при використанні інших способів формування спрямованого сигналу вона може становити і всі 25 Гбіт / с.

Технологія бездротової мережі з частотним спектром 60 ГГц з’явилася не так давно. У травні 2009 року було оголошено про її створення, а в грудні того ж року були прийняті специфікації першого покоління. Розробкою технології займався Wireless Gigabit Alliance (WiGig), очолюваний компаніями Marvell і Wilocity. Останню, між іншим, в липні 2014 року було придбано компанією Qualcomm Atheros.

Через всього лише рік після свого утворення альянсу WiGig підписав договір про співпрацю з організацією Wi-Fi Alliance. Такий хід забезпечив подальшу сумісність WiGig і Wi-Fi-девайсів між собою.


Технологія WiGig буде доповнювати існуючі бездротові мережі

 

До слова, 802.11ad не є єдиним 60 ГГц стандартом. Конкуренцію йому складає технологія WirelessHD, що розробляється однойменним консорціумом, до складу якого входять такі великі компанії, як Intel, LG, Samsung, Silicon Image і інші. Технічні характеристики WirelessHD майже нічим не відрізняються від таких у 802.11ad. Теоретична пропускна здатність стандарту дорівнює 28 Гбіт / с. Примітно і те, що ця технологія спочатку створювалася з прицілом на передачу аудіо- і відеоданих в HD, тому список підтримуваних WirelessHD технологій включає в себе всілякі 3D-формати, дозвіл 4K і захист HDCP. Крім цього, підтримується і режим енергозбереження для мобільних пристроїв. В принципі, головною відмінністю WirelessHD від 802.11ad є те, що технологія не сумісна з Wi-Fi. Чи стане це згодом мінусом стандарту або ж, навпаки, зіграє йому на руку, сказати поки що складно. Ясно одне – WirelessHD намагатиметься зайняти дещо іншу нішу, і, на перший погляд, несумісність з Wi-Fi ніяк не повинна вплинути на розвиток технології. Однак, як ми знаємо, далеко не завжди все йде за планом.

Стандарти 802.11ad і WirelessHD можуть похвалитися високою продуктивністю, однак, якщо говорити в цілому про 60-гігагерцові мережі, то у них є два істотні недоліки. По-перше, великі надзвичайно короткі хвилі, використовувані в цих технологіях, насилу проходять крізь стіни. По-друге, на частоті 60 ГГц молекули кисню починають поглинати електромагнітну енергію. Ці мінуси не дозволяють WiGig- і WirelessHD-пристроям поширювати сигнал на великі відстані – найчастіше їх робоча площа не виходить за межі того приміщення, де вони встановлені. Ось чому на ринку представлено так мало девайсів, що відповідають цьому стандарту.

Так що кабель-кабелем, а Wi-Fi ще не здається, і щось мені підказує що бездротовий доступ до інтернету має більше шансів на виживання, чим кабельний… . Час покаже… .


Більше цікавої і корисної інформації про Wi-Fi і все що пов’язано тут.

Інтернет провайдер “Пленет” працює по Івано-Франківській області, робота пов’язана з підключенням інтернету, встановленням систем відеоспостереження та ремонтом і обслуговуванням офісної та побутової техніки. Пишіть нам на пошту plenetmail@gmail.com, або телефонуйте за номерами вказаними нижче.