Как технология WiFi стала неотъемлемой частью современной жизни

Начало беспроводной эпохи

Как часто бывает, старт инновациям дали отказ от госрегулирования и заинтересованность бизнеса. В 1985 году Федеральная служба по связи США выделила спектр радиочастот, который можно использовать без лицензии. Другие страны присоединились к инициативе, что развязало руки исследовательским лабораториям и частным компаниям.

Потребовалось еще 13 лет, чтобы разработать универсальный стандарт беспроводной сети. В 1990 году институт IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) сформировал рабочую группу для решения этой задачи — через 7 лет работы был сертифицирован стандарт 802.11 для радиооборудования и сетей, работающий на частоте 2,4 ГГц.

Фото: A_stockphoto/Shutterstock

Технология позволяла передавать данные со скоростью в 2 Мбит/с, чего уже не хватало для коммерческих сетей. К тому же, радиус действия беспроводной сети был маленьким, а оборудование дорогим. Однако IEEE продолжила работу над стандартом, и спустя два года было представлено новое поколение, заложившее основу для будущего успеха.

Приход в массы

В 1999 году появилось расширение 802.11b. Радиодиапазон по-прежнему был 2,4 ГГц, однако скорость передачи данных выросла более чем в пять раз и составила 11 Мбит/с. Это уже соответствовало базовым значениям для Ethernet-сетей, что позволило встраивать беспроводные роутеры в крупные сети. Радиус действия тоже увеличился, а сетевое оборудование стало доступным большинству пользователей.

На рынке появились десятки производителей, а чтобы их устройства были совместимы друг с другом, лидеры индустрии создали организацию WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance). Именно она дала стандарту название WiFi, которое было сокращением от Wireless Fidelity (беспроводная точность). Позже сама организация взяла название WiFi Alliance. Сегодня в нее входит 320 организаций со всего мира.

Рост частот и скоростей

Одним из важнейших этапов развития WiFi стал переход на стандарт 802.11a в 2001 году. Главным отличием от прежних поколений стала поддержка диапазона 5 ГГц — благодаря этому выросло количество каналов для параллельного подключения множества устройств.

Прошлые поколения WiFi предлагали 14 каналов, из которых непересекающимися были всего три. Учитывая взрывной рост числа электронных устройств в начале нулевых, этого быстро стало не хватать. Также соседние роутеры создавали перекрестные помехи, задерживая отправку пакетов. Кроме того, Bluetooth-устройства и СВЧ-печи мешали работе сети.

Диапазон 5 ГГц увеличил число непересекающихся каналов до 17. Скорости тоже выросли — до 54 Мбит/с, что обеспечило реальную пропускную способность около 20 Мбит/с. Особенно популярными устройства с поддержкой WiFi 802.11a стали в корпоративном секторе.

Фото: Alex photohub/Shutterstock

Однако у WiFi 5 ГГц был недостаток: сигнал с меньшей длиной волны хуже преодолевал препятствия на своём пути, такие как стены и межкомнатные перегородки. Это делало подключение удаленных от роутера устройств нестабильным. Поэтому инженеры не забросили развитие стандарта, работающего по каналу 2,4 ГГц — так в 2003 году появился WiFi 802.11g. Он тоже предлагал скорости до 54 Мбит/с при большем радиусе работы.

Еще через шесть лет вышел стандарт 802.11n, поддерживающий оба диапазона (2,4 и 5 ГГц). Ширина канала увеличилась до 40 МГц, вместе с ней возраста и пропускная способность — до 150 Мбит/с в режиме 5 ГГц. Теоретический же максимум составлял 600 Мбит/с.

Наконец в стандарте появилась технология MIMO (Multiple Input, Multiple Output), с помощью которой несколько потоков данных передавались по одному каналу. Для этого потребовалось внедрение в роутеры нескольких антенн.

Гигабитный рубеж

В том же 2009 году сертифицировали расширение 802.11ad. Диапазон рабочих частот подняли до 60 ГГц, ширину канала увеличили аж до 2,16 ГГц — это в 54 раза больше, чем у 802.11n. Таким нехитрым способом удалось добиться пропускной способности в 6,7 Гбит/с. Для красоты стандарт окрестили как WiGig.

Несложно догадаться о проблемах технологии: радиус работы составлял всего несколько метров. Поэтому WiGig рассматривали как замену Bluetooth и хотели приспособить под беспроводной видеостриминг, например, с ноутбука на телевизор или с камеры наблюдения на сервер.

Среди обычных пользователей распространение получил другой высокоскоростной стандарт — 802.11ac, представленный в 2014 году. Он работал на частоте 5 ГГц и поддерживал обратную совместимость с 802.11n и 802.11a.

Ширина канала увеличилась до 160 МГц, минимальная пропускная способность достигла 433 Мбит/с. При загрузке восьми каналов и мультиплексировании потоков с технологией MU-MIMO лимит скорости составляет 3,47 Гбит/с, хотя на практике такое значение получить невозможно.

Пока что 802.11ac является доминирующим стандартом, однако скоро это изменится. Ведь уже доступно новое поколение, которое во всем лучше.

Шестое поколение

Два года назад организация WiFi Alliance утвердила стандарт 802.11ax, получивший название WiFi 6. В него входит целый набор улучшений, которые увеличат скорость передачи данных, разгрузят беспроводные сети и сэкономят заряд подключенных устройств.

Роутеры с поддержкой WiFi 6 обеспечат 10‑битное кодирование сигнала (раньше он был 8-битным). Одно это нововведение увеличит плотность данных на участке волны на 25%, причем как в диапазоне 2,4 ГГц, так и в 5 ГГц.

Физический предел скорости с новым стандартом достиг 9,6 Гбит/с, однако на практике такое значение получить не удастся — текущая инфраструктура просто не обеспечит надлежащую пропускную способность. Так что провайдерам стоит заняться ее обновлением, чтобы раскрыть потенциал технологии.

Фото: metamorworks/Shutterstock

В то же время WiFi 6 снизит энергопотребление устройств‑клиентов. При обращении роутер задает интервал, через который WiFi‑приёмник переходит в спящий режим при отсутствии очередного пакета данных.

Также стандарт улучшает работу со множеством клиентов. Технология OFDMA делит канал передачи на субканалы и динамически распределяет их между потребителями. Таким образом устраняется конкуренция потребителей за канал — можно подключить до 74 гаджетов, и все они будут получать данные параллельно.

Не забыли и о проблеме перекрестных помех. WiFi 6 научился отличать пакеты в собственной сети от пакетов из сети соседа при помощи функции BSS Coloring: теперь каждый пакет данных поставляется с цифровой подписью конкретной сети. Это позволит избежать ситуации, когда роутер ждет освобождения канала, даже если он загружен не в его сети.

Однако есть более фундаментальное улучшение, призванное разгрузить беспроводные сети. Его даже вынесли в отдельный стандарт, который откроет перед пользователями и инженерами новые возможности.

Новая эра

Количество сетей WiFi, передаваемых по ним данных и подключенных устройств-клиентов быстро растет. Новые отрасли вроде интернета вещей только ускорили этот процесс, и скоро диапазона 5 ГГц не хватит для комфортной работы — сети будут загружены до предела.

Снова возникает необходимость увеличить число каналов, и для этих целей разработан стандарт WiFi 6E. Его главным отличием стала поддержка диапазона 6 ГГц, в который помещается до 59 каналов связи шириной 20 МГц каждый.

Поддерживаются все прежние технологии для распределения сетевой нагрузки: MU-MIMO, OFDMA и BSS Color. Это обеспечит бесперебойную и параллельную работу десятков устройств, от смартфонов и ноутбуков до умных лампочек и холодильников.

Стек технологий WiFi 6E пригодится не только в умном доме, но и в офисе с большим числом сотрудников. Выиграют от него и ресурсоемкие приложения, такие как облачные вычисления.

Осталось только дождаться, когда на рынке появится достаточно устройств с поддержкой нового стандарта. Учитывая его открытость, проблем с освоением у производителей быть не должно. Первые коммерческие решения есть уже сейчас, дальше их число должно только расти.

Получить консультацию Aruba