Поговоримо про Wi-Fi?

Зміст

1 Що таке Wi-Fi?

Wi-Fi є скороченням від «Wireless Fidelity», є стандартом бездротового зв’язку, розробленим консорціумом Wi-Fi Alliance, який використовує певний радіочастотний діапазон залежно від пристрою та налаштувань. Wi-Fi є технологією бездротового мережевого зв’язку, яка дозволяє підключати до Інтернету різні пристрої, такі як комп’ютери, смартфони, планшети та інші електронні пристрої, за допомогою радіохвиль.

2 В яких діапазонах частот працює Wi-Fi?

Wi-Fi використовує три основні діапазони частот:

• 2,4 ГГц – цей діапазон є найстарішим і найпоширенішим для Wi-Fi і використовується для передачі даних на відстані до 150 метрів від точки доступу. Хоча цей діапазон забезпечує глибоке проникнення в будівлях та інших перешкодах, він може страждати від перенасичення пристроїв, що використовують цю ж частоту, таких як Bluetooth-пристрої, мікрохвильові печі, бездротові телефони тощо. Цей діапазон забезпечує найбільшу зону покриття та більшу здатність проникнення сигналу через стіни та перешкоди, але має обмежену пропускну здатність. В діапазоні 2,4 ГГц доступно до 11–14 каналів завширшки 20 МГц та 3–4 канали завширшки 40 МГц залежно від регіону.
• 5 ГГц – цей діапазон забезпечує більшу швидкість передачі даних, але його зона покриття трохи менша, він менш піддається перенасиченню. Проте, його здатність проникнення через стіни та перешкоди трохи гірша, ніж в діапазоні 2,4 ГГц. У діапазоні 5 ГГц доступно більше каналів Wi-Fi, ніж в діапазоні 2,4 ГГц, залежно від регіону: від 19 до 25 каналів завширшки 20 МГц та до 9 каналів завширшки 80 МГц. Для діапазону 5 ГГц також доступні додаткові ширини каналів – 160 МГц та 80+80 МГц.
• 6 ГГц – це новий діапазон частот, який був затверджений для використання в Wi-Fi в 2020 році. Цей діапазон забезпечує ще більшу швидкість передачі даних та меншу інтерференцію. В діапазоні 6 ГГц до 14 каналів ширини 80 МГц або 7 каналів ширини 160 МГц в США. В Європі це число трохи менше через різницю в регулюванні радіочастот.

3 Які основні стандарти Wi-Fi?

Ось список поширених стандартів Wi-Fi:

• IEEE 802.11a: Це стандарт Wi-Fi, що працює на частоті 5 ГГц. Він забезпечує швидкість передачі даних до 54 Мбіт/с.
• IEEE 802.11b: Цей стандарт працює на частоті 2,4 ГГц і забезпечує швидкість передачі даних до 11 Мбіт/с.
• IEEE 802.11g: Цей стандарт також працює на частоті 2,4 ГГц, але забезпечує швидкість передачі даних до 54 Мбіт/с.
• IEEE 802.11n (Wi-Fi 4): Цей стандарт підтримує як частоту 2,4 ГГц, так і 5 ГГц, та забезпечує швидкість передачі даних до 600 Мбіт/с.
• IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5): Цей стандарт працює на частоті 5 ГГц і забезпечує швидкість передачі даних до 1,3 Гбіт/с.
• IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E): Цей стандарт також відомий як Wi-Fi 6. Він підтримує як частоту 2,4 ГГц, так і 5 ГГц, та забезпечує швидкість передачі даних до 9,6 Гбіт/с.
• IEEE 802.11be (Wi-Fi 7) є майбутнім стандартом бездротової мережі Wi-Fi, який знаходиться на етапі розробки. На сьогоднішній день, стандарт не був офіційно прийнятий і може бути змінений, але деякі технічні характеристики вже відомі. Він буде працювати в діапазоні 2,4 ГГц та 5 ГГц, як і попередні стандарти Wi-Fi, а також у новому діапазоні 6 ГГц, який був введений в 2020 році. IEEE 802.11be повинен мати підтримку каналів широкого діапазону. Зараз детальна інформація про кількість та типи каналів не відома, оскільки стандарт все ще розробляється. Очікується, що новий стандарт буде мати більше каналів та підтримуватиме більше варіантів модуляції та кодування, що дозволить підвищити пропускну здатність та надійність зв’язку.

4 Що таке канал Wi-Fi?

Канал Wi-Fi – це частотний діапазон, який використовується для передачі бездротових сигналів між бездротовими пристроями, такими як роутери Wi-Fi та пристрої з можливістю підключення до бездротової мережі. Кожен канал має власну частоту та ширину смуги, яка визначається стандартом Wi-Fi.

1. Діапазон 2,4 ГГц розділяється на 14 каналів шириною в 20 МГц. У більшості країн в діапазоні 2,4 ГГц доступні лише перші 11 каналів, канали 12 та 13 доступні в деяких країнах, а канал 14 лише в Японії. Деякі зображення, що використані на цій сторінці запозичені з інтернету.

2. Діапазон 5 ГГц, який використовується в Wi-Fi мережах, розділяється на кілька неперетинаючих каналів, кожен з яких має ширину 20 МГц. В залежності від регіону та стандарту бездротової мережі, кількість доступних каналів може відрізнятися. Зазвичай, доступно від 23 до 25 каналів.

У діапазоні 5 ГГц канали Wi-Fi групуються в різні смуги частот, які називаються UNII (Unlicensed National Information Infrastructure). Кожна з цих смуг має свій діапазон частот та кількість доступних каналів.

• UNII-1: Ця смуга частот містить чотири канали (36, 40, 44 та 48) для багатьох регіонів, а також в Україні, а використання каналу 34 обмежено в багатьох країнах.
• UNII-2A: чотири канали (52, 56, 60, 64).
• UNII-2C: дванадцять каналів (100, 104, 108, 112, 116, 120, 124, 128, 132, 136, 140, 144). Цей діапазон частково або повністю недоступний у Китаї, деяких країнах Азії, отже слід замислитись перед тим, як купувати роутер з прошивкою для цих регіонів.
• UNII-3: п’ять каналів (149, 153, 157, 163, 165), цей діапазон не доступний в Європі, але доступний для України, отже для роутерів з прошивкою для Європи цей діапазон буде недоступним.
• UNII-4: п’ять каналів (169, 173, 177, 181, 185), які на даний час доступні на території Індії, але це не точно.

3. Діапазон 6 ГГц є новим для Wi-Fi індустрії, і був доданий до стандарту IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) та наступних версій, включаючи Wi-Fi 6E. У США, де вже відбувається випуск пристроїв з підтримкою Wi-Fi 6E, доступно до 1200 МГц спектра (від 5,925 до 7,125 ГГц), що дозволяє розмістити до 59 каналів завширшки 20 МГц, 29 каналів завширшки 40 МГц, 14 каналів завширшки 80 МГц та 7 каналів завширшки 160 МГц.

5 Що таке MIMO?

MIMO (Multiple Input Multiple Output) – це технологія, що дозволяє використовувати кілька антен для передачі та прийому бездротових сигналів одночасно. Вона дозволяє збільшити швидкість передачі даних та покращити якість зв’язку, особливо в умовах зі значним перешкодженням.

У системі MIMO, роутер або інший пристрій має кілька антен для передачі та прийому сигналів. Кожна антена може передавати окремий потік даних, що дозволяє збільшити пропускну здатність мережі. При цьому, зв’язок може бути більш стійким до перешкоджень, оскільки якість прийому сигналу може бути покращена за рахунок обробки сигналів з різних антен.

MIMO може бути реалізовано на різних рівнях бездротової мережі, включаючи Wi-Fi та LTE. У стандартах Wi-Fi, MIMO часто позначається як 2×2, 3×3 або 4×4, що вказує на кількість антен, які використовуються для передачі та прийому.

Однак, важливо пам’ятати, що для використання технології MIMO, пристрої повинні підтримувати її, тому не всі пристрої можуть користуватися перевагами MIMO. Також важливо враховувати фактори, такі як дальність між пристроями та наявність перешкод, які можуть впливати на якість зв’язку, навіть при використанні технології MIMO.

6 Які поради для покращення зв’язку Wi-Fi?

Дуже багато зворушливих та компетентних історій на цю тему поширюється на просторах інтернету. До того ж усі ці історії рівня «для домогосподарок» та стосуються зазвичай діапазону 2,4 ГГц. Ось декілька прикладів «порад», які начебто можуть допомогти покращити зв’язок Wi-Fi в діапазоні 2,4 ГГц:

1. Перевірте своє обладнання: Переконайтеся, що ваш роутер підтримує стандарт Wi-Fi 802.11n, оскільки він забезпечує кращий зв’язок, ніж стандарт 802.11b або 802.11g. Також переконайтеся, що у вашого роутера оновлена прошивка, оскільки вона може містити виправлення помилок, які можуть погіршувати якість зв’язку.
2. Розташування роутера: Розташуйте свій роутер в центрі будинку або квартири, щоб максимально покрити всю територію, яку ви хочете підключити до Wi-Fi. Не розташовуйте його поруч з металевими предметами, дзеркалами, мікрохвильовою піччю або іншими електронними пристроями, які можуть впливати на якість сигналу.
3. Змініть канал: Використовуйте менш використані канали Wi-Fi. У вашому роутері може бути можливість автоматичного вибору каналу або ви можете вибрати менш використовуваний канал вручну.
4. Встановіть підсилювач сигналу: Якщо сигнал слабкий, встановіть підсилювач сигналу, щоб збільшити його силу.
5. Встановіть додаткову точку доступу: Якщо ви маєте велику квартиру або будинок, встановіть розширювач покриття Wi-Fi.
6. Відключіть зайві пристрої: Відключіть від Wi-Fi ті пристрої, які вам не потрібні, особливо якщо вони використовують діапазон 2,4 ГГц, це може зменшити конкуренцію за ресурси мережі.
7. Використовуйте кращу антену: Якщо ваш роутер підтримує змінні антени, спробуйте встановити більш потужну антену, яка може забезпечити кращий зв’язок.

Насправді ці мантри в різних варіаціях блукають та тиражуються просторами інтернету мабуть з далекого 1999 року та на даний час мають майже нульовий ефект, якщо розподіл роутерів по каналах у найближчому оточенні виглядає так, як на зображенні.

Що ж робити?

Треба зменшити взаємні перешкоди. Декілька різних роутерів, які працюють на одному каналі, бачуть один одного та зможуть, так би мовити, домовитись. У випадку, коли вони працюють на різних каналах, які перетинаються, то вони ані не бачать, ані не чують один одного, а лише створюють взаємні перешкоди. Отже,

1. Спробуйте домовитись з усіма сусідами, щоб вони перемикнули свої роутери на канали 1, 6, 11, або принаймні 1, 5, 9, 13 та перемикнути в налаштуваннях ширину каналів на 20 МГц. Спробували? Що вийшло? — а нічого, вас не почують, до того ж не зрозуміють взагалі.

2. Ще один варіант. Не будемо нікого обмежувати шириною каналів, нехай залишать ширину в 40 МГц, та спробуємо домовимось лише про канали — тільки (1 + 5), та тільки (13 + 9). Насправді, результат таких домовленостей буде аналогічним. Та ще скажуть, що ви відьма, або злий чаклун.

Це, насправді, дуже ефективні теоретичні рішення, але в реаліях практично недосяжні, та характеризуються нульовим бюджетом.

3. Ще є покращення з нульовим бюджетом? Так, але дуже умовне. Проаналізуйте рівні сигналів та виберіть на роутері менш завантажений канал (див. пункт 3 з вищенаведеного переліку порад). До того ж перевірте налаштування роутера стосовно параметрів безпеки бездротової мережи, а саме має бути WPA2, WPA2 Only, WPA2-PSK або WPA2 Personal з типом шифрування AES. Це найпродуктивніший та найбільш захищений спосіб приєднання до бездротової мережи.

Насправді, єдине реальне, та водночас ефективне рішення, за сьогоднішніх реалій — це перехід на діапазон 5 ГГц, але воно, як будь-яке нормальне рішення, потребує витрат. Одразу виникає наступне питання — який саме новий роутер потрібно купити?

Відповідь не дуже складна з оглядом на вищеозначене. Це має бути роутер стандарту IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5) або IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E) з підтримкою MU-MIMO.

MU-MIMO (Multi-User Multiple Input Multiple Output) – це технологія бездротового зв’язку, яка дозволяє передавати дані одночасно до кількох бездротових пристроїв з використанням багатьох антен (Multiple Input Multiple Output, MIMO).

Завдяки MU-MIMO, точка доступу до бездротової мережі може відправляти дані до декількох пристроїв одночасно, збільшуючи при цьому швидкість передачі даних та кількість одночасних користувачів на одній точці доступу. Також ця технологія дозволяє зменшити перешкоди та збільшити дальність зв’язку між точкою доступу та бездротовими пристроями.

MU-MIMO є покращенням технології MIMO, яка дозволяє передавати дані одночасно з використанням багатьох антен, але тільки до одного пристрою за раз. MU-MIMO використовується в бездротових мережах стандартів 802.11ac та 802.11ax (Wi-Fi 5 та Wi-Fi 6 відповідно).

7 Як нам брешуть виробники роутерів?

Розберемось з цим питанням на прикладі роутера Archer AX73 [це не реклама] з підтримкою швидкості класу AX5400, тобто швидкістю начебто до 5400 Мбіт/с, дводіапазонного, з  гігабітними портами, підтримкою стандарту Wi‑Fi 6 з шириною каналів до 160 МГц, технологіями MU-MIMO 4×4 та OFDMA.

Насправді це дуже хороший роутер, але поговоримо про заявлене та реальність, ще розберемось, в чому ж тут брехня. А брехня в тому, що 5400 Мбіт/с — це сума швидкостей обох діапазонів 2,4 ГГц та 5 ГГц. Таким чином, трохи розібравшись у специфікаціях, побачимо, що у діапазоні 2,4 ГГц швидкість становить 574 Мбіт/с, а для діапазону 5 ГГц — 4804 Мбіт/с, і  це дійсно непогано.

В чому ж буде наступне «але»? Насправді, це знову сума швидкостей на приймання та передавання. Тобто, якщо ваш клієнтський пристрій насправді підтримує стандарт IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) та MU-MIMO 4×4, то за ідеальних умов реальна швиткість передачі даних між клієнтським пристроєм та роутером, або навпаки, може досягти близько 300 Мбіт/с у діапазоні 2,4 ГГц та 2400 Мбіт/с відповідно у діапазоні 5 ГГц. Такі справи.

Отже плануйте покупку роутера з огляду на ці міркування.

Чому це варто знати?

Інформаційні технології та процеси в даний час пронизують усі галузі знань, зокрема механічну інженерію. Вивчення таких речей та інженерних програмних продуктів може допомогти вам знайти високооплачувану роботу в різних галузях, таких як авіаційна, ракетно-космічна, машинобудівна, військова та інші. Крім того, ви можете використовувати свої знання для впровадження інформаційних технологій на підприємствах. Вивчення цих питань допоможе розвивати аналітичні та креативні здібності, що є незамінними у будь-якій сфері діяльності.

Ми запрошуємо вас долучитися до нашої спільноти студентів, які вивчають різні програмні системи та засоби реалізації інформаційних процесів. Вступайте на освітні програми бакалавра, які пропонує кафедра ракетно-космічних та інноваційних технологій — «Комп’ютерний інжиніринг і технології автоматизованих виробництв», «Галузеве машинобудування», «Авіаційна та ракетно-космічна техніка» або «Матеріалознавство». Наші викладачі — це досвідчені фахівці з практичним досвідом, вони допоможуть зрозуміти основні принципи та надати практичні поради.

Не гай часу і приєднуйся до нашої команди! Розширюй свої знання та здобувай високооплачувану роботу у високотехнологічних галузях.