WiFi-grunnleggende del 1: Frekvenser og kanaler
- Kategori: Nettverk
I 1947 utpekte den internasjonale telekommunikasjonsunionen (ITU), et FN-byrå, visse bånd av RF-spekteret som ISM. Tanken var å ha en internasjonal standard for frekvenser som var forbeholdt industrielt, vitenskapelig og medisinsk utstyr. Ironisk nok var ikke telekommunikasjon det opprinnelige formålet.
Før vi diskuterer noen opplysninger, vil jeg bare merke seg at denne artikkelen først og fremst vil være basert på det amerikanske regelverket. Ulike reguleringsdomener har spesifikke krav til overførte frekvenser og strøminnstillinger.
Selv om det er tolv ISM-band, for nå vil vi konsentrere oss om bare to av dem. De fleste refererer til dem som 2,4 GHz og 5 GHz bånd.
La oss begynne med 2,4 GHz ISM-båndet (2,400 GHz-2.500 GHz). Dette lille, overfylte settet med frekvenser er den desidert mest brukte til tross for at flertallet av bærbare datamaskiner, smarttelefoner og nettbrett har utstyrt med doble radioer de siste årene.
Årsaken til dette er fysikk. Den generelle tommelfingerregelen er at jo lavere frekvensen er, jo lengre utbredelse og desto bedre penetrering. Her er to eksempler fra den virkelige verden:
- Du sitter i bilen din ved et stopplys. Noen trekker seg opp ved siden av deg med radioen sin. Hvis du ikke liker deres smak i musikk, kan du rulle opp vinduet ditt. Noe av lyden er redusert, men du vil sannsynligvis fortsatt høre den basen (lavfrekvens) veldig bra.
- Et annet eksempel er et veldig spesialisert radiosystem som brukes av militæret til å kommunisere med nedsenkede ubåter. Den kalles ELF (Extremely Low Frequency) og har en bølgelengde så lang at antennen som kreves kan være miles lang.
OK, så nå vet vi at lavere frekvenser tilbyr et større dekningsområde og bedre signalinntrenging gjennom hindringer. Hvis 2,4 GHz-båndet er så flott, trenger vi virkelig 5 GHz? Svaret er ja.
2,4 GHz Begrensninger
Bare 3 ikke-overlappende kanaler. 2,4 GHz-båndet er delt inn i 14 kanaler, de fleste av dem er 5MHz fra hverandre. Dette avstandet på 5 MHz var ikke noe problem i de første dagene av trådløs bruk. Teknologien på den tiden var begrenset til rundt 1 Mbps gjennomstrømning. På slutten av 1990-tallet ble 802.11b med spredt spektrumsteknologi standarden.
Fordelen er at den kan oppnå 11Mbps gjennomstrømning. Ulempen var at den brukte 22MHz av spekteret. Så hvis du for eksempel bruker kanal 6, er kanalene 4,5,7 og 8 i det minste ubrukelige. Denne begrensningen gjelder fremdeles i dag, enten du bruker eldre 802.11g eller det nyeste 802.11n (2.4GHz) WiFi-utstyret. Dette er en av de viktigste begrensningene.
Det er overfylt. Dette går hånd i hånd med den forrige begrensningen. Selv om standardene 802.11a (5GHz) og 802.11b (2.4GHz) ble utgitt, på grunn av kostnadsforskjeller, var det bare 802.11b som ble utbredt vedtatt den gangen. Resultatet er at til og med i dag bruker majoriteten av WiFi-trafikken 2,4 GHz-båndet.
Stå på et sentrums gatehjørne i en hvilken som helst anstendig by og kjør WiFi-skanningsprogramvare. Etter all sannsynlighet vil du se minst 20 signaler; Jeg har sett over 40 i sentrum av Washington DC. Husk nå at alle de 40 signalene fungerer på bare 3 kanaler.
Det er et ISM-bånd, og per definisjon, åpent for andre typer enheter. Det er mange ikke-WiFi-enheter som kan potensielt forårsake forstyrrelser: mikrobølgeovner, trådløse telefoner, Bluetooth-enheter, babymonitorer, videokameraer, garasjeportåpnere, etc.
Disse tingene kan forstyrre nettverket ditt alvorlig og er ekstremt vanskelige å oppdage uten spesialisert spektrumanalysator-maskinvare og -programvare.
Deretter vil vi snakke om 5GHz-båndet
I tillegg til standard ISM-bånd (5.725-7.825GHz), har FCC lagt til spekter fra UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) -bånd for å stimulere til bruk av trådløs teknologi. Legg også merke til at de forskjellige reguleringsbyråene jobber med prosessen med å legge til 195 MHz spektrum tilgjengelig i 5GHz-området.
5GHz-begrensninger
Som vi diskuterte tidligere, forplantes ikke høyere frekvenser så langt og trenger heller ikke inn i hindringer. La oss sammenligne med 2,4 GHz-båndet i virkelig verden.
- I friluft vil 5GHz signaler dekke omtrent 1/3 til ½ avstanden.
- Brukbar signalkvalitet vil forringes kraftig etter å ha stanset gjennom en innervegg, i motsetning til omtrent 3 vegger for 2,4 GHz-signaler.
Dette fører til en annen mindre åpenbar ulempe, kostnad. Prislappen for å distribuere et 5 GHz (vel, dobbeltbånd) WiFi-nettverk i alle størrelser er minst 2,5 ganger prisen for et tilsvarende 2,4 bare nettverk. Du trenger mye flere tilgangspunkter, vanligvis 2,5 til 3 ganger. Legg i kabling, lisensiering, vedlikehold, etc.
Noen kanaler er delt bruk. Spesifikke kanaler er utpekt som DFS, Dynamic Frequency Selection. Disse kanalene, lokalisert i UNII-2 og -2e utvidede bånd deler spekteret med noen radarsystemer, mest i Europa.
På grunn av dette må WiFi-systemet være designet for å søke etter radarpulser før du bruker de spesielle kanalene. Hvis radarpulser blir oppdaget, deaktiverer det selvfølgelig de berørte kanalene umiddelbart.
Fordeler med 5 GHz
Som du tydelig kan se i diagrammet over, er det mye mer enn 3 kanaler. Legg også merke til kanalavstanden - minst 20MHz. Dette betyr at ingen kanaler overlapper hverandre; alle kan brukes samtidig.
Mye mindre overfylt. I motsetning til 2,4 GHz-enheter, har 5 GHz-enheter bare blitt bredt distribuert i løpet av de siste fem eller seks årene. Det er også det faktum at det tar tid å oppgradere en infrastruktur. Det er fremdeles et betydelig antall virksomheter som bare driver 2,4 nettverk.
Svært få forstyrrelseskilder. Bortsett fra den nevnte radaren på visse frekvenser, er sjansene for interferens uten WiFi ekstremt lave.
Høyere gjennomføringsevne. Teoretisk sett er begge i stand til 600 Mbps. I praksis er det imidlertid ikke tilfelle fordi mye av den forbedrede evnen avhenger av kanalbinding. Dette er en valgfri modus der enheten bruker flere tilstøtende kanaler samtidig. Husker du tidligere hvordan vi diskuterte det faktum at det bare er 3 ikke-overlappende kanaler tilgjengelig i 2.4-båndet?
Denne teknikken ville bruke 2 av disse 3. Så ikke bare ville du virkelig irritere naboene dine, alle ko-kanal og tilstøtende kanalforstyrrelser vil sannsynligvis gjøre at nettverket yter mye dårligere. For å oppsummere, IKKE aktiver kanalbinding i 2.4-båndet.
Det kommer noen nyere standarder som benytter seg av andre frekvensområder. Vi vil diskutere dem i en kommende artikkel.
For en pdf av FCCs offisielle spekterkart: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Jeg håper du likte denne artikkelen. Jeg tror min neste vil være en diskusjon om de forskjellige standardene.
Hvis du har et emneforslag knyttet til WiFi eller generelt nettverk, gi meg beskjed i kommentarene.