Беспроводная точность » МОБИЛЬНЫЕ НОВОСТИ
Вы находитесь здесь: Главная > Мобильные новости > Беспроводная точность

Беспроводная точность

Прежде чем перейти к подробностям, стоит уточнить предмет разговора. Под Wi-Fi подразумеваются устройства, работающие согласно группе стандартов IEEE 802.11. Таких стандартов довольно много: существуют IEEE 802.11 практически со всеми английскими буквами алфавита (кроме, разве что, буквы Z), но к нашим устройствам имеют отношение лишь стандарты с буквами a, b, g и n, а также новый, еще только разрабатывающийся, который будет носить название 802.11ac. Давайте разберемся в принципах работы Wi-Fi более подробно, чтобы понять, что и когда мешает установить качественное соединение и почему указанные в стандарте цифры скоростей никогда не достигаются на практике. Мы ограничимся рассмотрением Wi-Fi именно основного применения – в качестве решения для раздачи сигнала в масштабах квартиры или офиса, и не будем касаться всяческой экзотики вроде «раздать Интернет дружбану в здании за углом». Каждый такой эксклюзивный случай следует обсуждать отдельно и выбирать конкретное, наиболее подходящее решение (к тому же, не забудьте, подобные случаи зачастую выходят за рамки законодательства), так что данные вопросы мы обойдем. Как и многие другие инновации, определившие лицо информационного века, технология Wi-Fi связана с корпорацией Bell Labs. В начале 1990-х гг. знаменитая корпорация, к тому времени уже ставшая AT&T, поглотила небольшую компанию NCR Corporation, сотрудник которой, Вик Хейз, и считается «отцом Wi-Fi». Задача проектировщиков была очень непростой: в частотном диапазоне 2,4 ГГц, отведенном для свободного использования (так называемый ISM-диапазон — Industrial, Scientific and Medical band), обеспечить бесперебойную работу сети в условиях большого количества других радиоисточников. В наше время в этом диапазоне работают устройства по протоколам Wi-Fi, DECT, Bluetooth и многие другие (например, ZigBee, большинство проприетарных протоколов для беспроводных клавиатур-мышей или наушников и т.п.). Кроме того, – что немаловажно, – на частоте 2,4 ГГц работают такие мощные источники помех, как бытовые микроволновые печи. Формально, в идеальных условиях (плотное прилегание дверцы, хорошее заземление) уровень утечки излучения СВЧ-печей не превышает 0,3 мВт/см 2 , что удовлетворяет санитарным нормам, но чувствительность Wi-Fi-оборудования находится на уровне пиковатт 2 , т.е. в миллионы раз ниже этой величины. Заметим в скобках, что именно такой скученностью в этой области электромагнитного эфира объясняются требование лицензирования передатчиков мощностью более установленного порога и штрафование владельцев незарегистрированных открытых сетей Wi-Fi (хот-спотов), часто вызывающее возмущение не слишком образованных пользователей. Если бы не такое ограничение, обычные устройства, скорее всего, просто не смогли бы работать из-за взаимных помех. Можно сколько угодно проклинать как военных, так и государственные службы, которые застолбили себе большую часть электромагнитного спектра еще тогда, когда устройств типа Wi-Fi не существовало даже в проекте, из-за чего приходится изгаляться. Благодаря гению Клода Шеннона, построившего строгую математическую теорию передачи сигналов по зашумленным линиям, существуют методы, позволяющие выделить полезный сигнал из шума теоретически любого уровня. Один из таких методов под названием «расширение спектра», согласно легенде, был придуман во время второй мировой войны актрисой Хеди Ламарр и композитором-авангардистом Джорджем Антейлом. Первоначально применялся для связи с радиоуправляемыми торпедами в условиях помех, устанавливаемых противником. Сейчас различные методы расширения спектра широко используются на практике – например, именно благодаря им мы способны ловить GPS-сигналы от спутника, удаленного на 20 тыс. км, без применения огромных антенн-тарелок, просто миниатюрным приемником, размещенным в наручных часах. Метод расширения спектра под названием DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum — расширение спектра методом прямой последовательности) используется в первой из широко распространившихся на практике версий стандарта IEEE 802.11b. Не углубляясь в довольно сложную суть этого метода, следует заметить, что любой из битов в нем передается одновременно 11 битами – каждый в своей частотной полосе. Такая чудовищная избыточность и позволяет ловить слабый сигнал на фоне шумов, одновременно не растягивая передачу во времени. В следующих версиях стандарта был применен еще более прогрессивный метод под названием OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing— мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов). Он вобрал в себя преимущества большой избыточности метода «расширения спектра», добавив к ним возможности пересылки нескольких бит за один раз (похожие способы используются для увеличения скорости, например, в проводных модемах). Однако для успешной передачи сигналов требуется достаточно широкая полоса частот – не менее 20 МГц (отсюда, как известно, и проистекают все сложности применения Wi-Fi на практике). С точки зрения стандартов группы 802.11, диапазон 2,4 ГГц подразделяется на ряд поддиапазонов, или, как их чаще называют, каналов, каждый шириной по 20 МГц (для устаревшего стандарта b — по 22 МГц), расположенных, однако, с шагом 5 МГц. Каналы нумеруются обычными арабскими цифрами, начиная с первого, для которого центральная частота равна 2,412 ГГц. В разных странах разное число таких каналов разрешено для безлицензионного применения: в Северной Америке есть 11 каналов, большинство других стран, включая Россию, предоставляются 13 каналов, в Японии их 14 (правда, 14-й только для устаревшего стандарта b). В Испании ранее действовали всего два канала (10—11), во Франции — четыре (10-13). Впрочем, позднее эти ограничения были сняты и приведены в соответствие с общеевропейской политикой — каналы 1—13 (табл. 1). Кстати, вопреки распространенному мнению, в диапазоне 2,4 ГГц максимальная разрешенная мощность передатчика в России для стандартов 802.11g/n составляет не 100, а 250 мВт. Ограничение в 100 мВт для диапазона 2,4 ГГц работает в некоторых других версиях стандарта и сохраняется для первого поддиапазона 5 ГГц в стандарте n. Поэтому сакраментальная цифра в 100 мВт есть лишь обобщение на все случаи жизни, чтобы не промахнуться. В диапазоне 5 ГГц (ставшем после полного снятия ограничений в 2010 г. актуальным и для России) больше 5-МГц каналов, но используются они не все подряд, т.е. шаг между каналами может быть и 5, 10 или 20 МГц. По поводу применения этих каналов в России на интернет-ресурсах часто приводится противоречивая информация. Это связано с тем, что диапазон 5 ГГц открывался для гражданского применения постепенно, в 2009—2010 гг. Сейчас в нашей стране доступны без лицензии каналы из диапазонов 5150—5350 МГц и 5650-6425 МГц (номера каналов 36—64 и 132—165), причем во втором, верхнем диапазоне — с передатчиками мощностью до 1 Вт. Разбивка на поддиапазоны обусловлена тем, что не удается построить антенны, одновременно работающие во всем диапазоне. Всего в области 5 ГГц доступно 22 (по другим сведениям, 23) не пересекающихся канала шириной 20 МГц. Реально в разных странах доступно различное число 5-ГГц неперекрывающихся каналов: 12 — для США и Канады, 8 — для Японии, 19 — для стран Европейского союза. При высоких скоростях в стандарте n их можно объединить в двойные каналы шириной по 40 МГц, что, в любом случае, существенно больше, чем в диапазоне 2,4 ГГц. Почему это важно? Для нормальной работы Wi-Fi современных стандартов требуется канал шириной в 20 МГц. Значит, один работающий Wi-Fi-передатчик в пределах своей зоны действия захватывает пять соседних каналов. Если проанализировать данные табл. 1, то становится ясно, что в диапазоне 2,4 ГГц могут совершенно независимо сосуществовать одновременно лишь три Wi-Fi-сети, но при условии, что они работают на первом, шестом и одиннадцатом каналах. Причем совсем не обязательно, что ваша точка доступа настроена на один из этих каналов. Проверка показала, что мой домашний роутер D-Link DSL-2050 по умолчанию настроен на десятый канал, т.е. он захватывает каналы с 8 по 12. Следовательно, со мной, не мешая, сможет существовать еще только одна сеть – на пятом канале или ниже. Естественно, возникает вопрос, который почему-то обходят все авторы рекомендаций по беспроводным сетям: что же происходит, когда Wi-Fi-устройств оказывается больше и они пересекаются по каналам? В моем доме, который находится в обычном спальном районе Москвы, даже Windows всегда ловит три—пять сетей, а профессиональная программа TamoGraph (см. далее) при первом же включении поймала их более десятка. Я и не подозревал, что каналов так много. Ответ прост: наличие другой сети на том же или соседнем канале формально никак не сказывается на работе вашей: ведь это сеть с коммутацией пакетов, а не каналов, и безраздельно занимать канал, как в обычном проводном телефоне, она не в состоянии. Сети имеют разное имя SSID (Service Set IDentification — идентификация набора служб), и информация просто не дойдет до адресата. На практике же информационные пакеты одной сети пытаются вклиниться между пакетами других, и без помех и замедления данная сеть работает только тогда, когда остальные простаивают. Стоит одному из пользователей начать, например, закачивать фильм, как он заметно затормозит работу всех остальных. Причем важно, что этот эффект будет проявляться и на соседних каналах. И все это еще больше осложняется тогда, когда устройств в каждой сети больше двух. Всегда кто-нибудь что-нибудь передает, из-за чего сеть оказывается забитой. Элементарная арифметика показывает, что, пытаясь, например, раздать скачиваемый фильм одновременно на ноутбук и на планшет, вы вдвое снижаете скорость сети для каждого из них. А что будет, если одновременно захотят обратиться к точке доступа десять клиентских устройств? Именно поэтому число подсоединенных к одной точке доступа беспроводных устройств ограничено примерно десятком-двумя (в зависимости от активности каждого из них), иначе они начнут мешать друг другу. Рассмотрим поподробнее, что творится в реальных Wi-Fi-сетях. Под интерференцией в Wi-Fi-сетях понимается сигнал, передаваемый другими излучателями (они могут быть или не быть частью вашей Wi-Fi-сети) на том же канале, на котором вещает интересующая вас точка доступа (или, как выяснилось, на близком к нему канале). Интерференцию как одну из разновидностей помех следует отличать от простого шума, который генерируется источниками радиоволн, не принадлежащих стандарту 802.11 (в том числе, кстати, и 802.11-пакеты, поврежденные во время передачи). Пресловутые микроволновки, так же, как и всякие Bluetooth-источники, относятся именно к шуму, и его нужно рассматривать отдельно. Отношение сигнал/шум (ОСШ) показывает, насколько уровень сигнала превосходит уровень шума. В обычных условиях большого города (без работающих поблизости микроволновок и DECT-телефонов), как ни странно, уровень шума на частоте 2,4 ГГц не слишком велик, он составляет около

Ссылка на источник

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • Twitter
  • RSS

Комментарии закрыты.