พื้นฐาน WiFi ส่วนที่ 2: มาตรฐานและการแก้ไขผ่าน 802.11n

ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา

ทุกวันนี้ WiFi มีอยู่ทั่วไปไม่ว่าจะเป็นร้านกาแฟร้านอาหารร้านค้าปลีกโรงแรมสถานที่เล่นกีฬา ฯลฯ เราสามารถเข้าถึงได้จากแล็ปท็อปแท็บเล็ตและสมาร์ทโฟนของเรา ที่บ้านอาจมีเครื่องเล่นเกมอุปกรณ์สมาร์ทโฮมและกล่องรับสัญญาณ ฉันมีอุปกรณ์ ChromeCast หลายเครื่อง พวกเขาเปลี่ยนทีวีของคุณให้เป็นอุปกรณ์เครือข่ายไร้สายที่คุณสามารถสตรีมภาพยนตร์จากคอมพิวเตอร์หรือโทรศัพท์ไปยังทีวีได้โดยตรง วิถีชีวิตของเราแพร่หลายมากจนเราไม่ต้องคิดมาก

เรื่องน่ารู้ที่น่าสนใจ: ฉันทำงานอย่างกว้างขวางกับเครือโรงแรมระดับประเทศและสามารถบอกคุณได้ว่าในปี 2012 นักธุรกิจโดยเฉลี่ยมีการเชื่อมต่ออุปกรณ์ WiFi 2 เครื่องกับเครือข่ายโรงแรม ปัจจุบันจำนวนดังกล่าวอยู่ระหว่าง 3 ถึง 3.5 เครื่องต่อห้องพัก ฉันเคยเห็นโรงแรมหลายแห่งพยายามเพิ่มกำลังการผลิตเนื่องจากความต้องการของลูกค้า

แต่เมื่อไม่นานมานี้เมื่อ Wi-Fi ถูกใช้โดยคนทั่วไปและองค์กรขนาดใหญ่เท่านั้น นี่เป็นบทความที่สองในชุดข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับ WiFi หากคุณพลาดส่วนแรก ตรวจสอบได้ที่นี่ . เราจะพูดถึงวิวัฒนาการของมาตรฐานและการแก้ไขที่แตกต่างกัน คุณสมบัติและความสามารถของพวกเขา

ในการเริ่มต้นมีไฟล์ 802.11-1997 มาตรฐาน. เวอร์ชันดั้งเดิมเป็นสารตั้งต้นของ WiFi ที่ใช้งานได้มากกว่า มาตรฐานรวม FHSS (สเปกตรัมการแพร่กระจายความถี่กระโดด), DSSS (สเปกตรัมการแพร่กระจายลำดับตรง) ในย่านความถี่ 2.4GHz และอินฟราเรด แบนด์วิดท์ถูก จำกัด ไว้ที่ 1-2Mbps มาตรฐานถูกกำหนดไว้อย่างหลวม ๆ ว่ามีผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์จำนวนมากที่การทำงานร่วมกันเป็นเรื่องยากมากหากไม่เป็นไปไม่ได้ ผลิตภัณฑ์ที่ได้รับความนิยมสูงสุดคือผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดย Proxim และ Symbol (ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของ Motorola)

WiFi 'จริง' ตัวแรก: 802.11b

ส่วนใหญ่ไม่ทราบว่ามีการเผยแพร่การแก้ไข 802.11a และ 802.11b ในเวลาเดียวกัน (1999) เราจะพูดถึง 11b ก่อนเพราะสร้างจากมาตรฐานเดิม

ประการแรก 11b ใช้ DSSS ซึ่งกระจายกำลังสัญญาณในย่านความถี่กว้างประมาณ 22MHz ข้อดีคือประสิทธิภาพของสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับวิธีการก่อนหน้านี้ การปรับปรุงที่สำคัญประการที่สองคือการใช้เทคนิคการเข้ารหัสขั้นสูงที่เรียกว่า CCK (การป้อนรหัสฟรี) ผลลัพธ์ที่ได้คือการเพิ่มขึ้นเป็น 11Mbps รวมทั้งประสิทธิภาพที่ดีขึ้น นอกจากนี้ยังรวมถึงความสามารถในการลดปริมาณงานลงเหลือ 5.5, 2 และ 1Mbps ตามความจำเป็น

11b เป็นที่นิยมพอสมควร สาเหตุหลักประการหนึ่งคือการสร้าง WiFi Alliance องค์กรไม่แสวงหาผลกำไรแห่งนี้ก่อตั้งขึ้นในปี 2542 โดย บริษัท เทคโนโลยีหลายแห่งเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์สามารถทำงานร่วมกันได้ระหว่างผู้ผลิต

802.11a เป็นแบบ Edsel ของ WiFi ที่ล้ำหน้าเทคโนโลยีและไม่มีใครต้องการ

ดังที่ฉันได้กล่าวไปแล้วการแก้ไข 11a และ 11b ได้รับการเผยแพร่ในเวลาเดียวกัน แต่เดิมมีการเสนอ 11a ก่อนหน้านี้ด้วยเหตุนี้ 'a' เนื่องจากเป็นครั้งแรก สเปค 11a นั้นแตกต่างกันมาก

ขั้นแรกใช้ย่านความถี่ 5GHz ด้วยข้อดีและข้อเสียทั้งหมดที่มีอยู่ในความถี่ที่สูงขึ้น

ประการที่สองคือการใช้ OFDM (มัลติเพล็กซ์การแบ่งความถี่มุมฉาก) เทคนิคนี้จะแบ่งช่องสัญญาณ RF ออกเป็นช่องย่อย 64 ช่อง (ผู้ให้บริการย่อย) ส่งข้อมูลจำนวนน้อยผ่านช่องสัญญาณย่อยหลายช่องพร้อมกัน ผลลัพธ์คือปริมาณงานสูงถึง 54Mbps โดยสามารถลดระดับลงได้ถึง 48, 36, 24, 18, 12, 9 และ 6Mbps นอกจากนี้ยังช่วยลดปัญหาการรบกวนเนื่องจากมัลติพา ธ ได้อย่างมาก 11a เข้ากันไม่ได้กับ 11b

11a ไม่ได้รับความนิยมมากนักสาเหตุหลักมาจากต้นทุน ตามกฎทั่วไปอุปกรณ์ที่มีความถี่สูงกว่าจะมีราคาแพงกว่าในการผลิต

ตัวเปลี่ยนเกม: 802.11g

802.11g เปิดตัวในปี 2546 เป็นตัวเปลี่ยนเกมอย่างแท้จริง โดยพื้นฐานแล้วมันรวมสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลกเข้าด้วยกัน ใช้ย่านความถี่ 2.4GHz พร้อมกับเทคนิคการมอดูเลต OFDM ที่เหนือกว่า ในราคาใกล้เคียงกับอุปกรณ์ 11b ข้อเสียที่สำคัญประการหนึ่งคือข้อกำหนดสำหรับความเข้ากันได้แบบย้อนกลับ อุปกรณ์ 11g ต้องสามารถสื่อสารกับอุปกรณ์ 11b ได้ ความสามารถนี้อาจส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อประสิทธิภาพของเครือข่าย WiFi ของคุณ ซึ่งเป็นหัวข้อที่จะกล่าวถึงในบทความในอนาคต

11g ได้รับความนิยมอย่างมาก เป็นผู้รับผิดชอบต่อการระเบิดหาก WiFi ในตลาดผู้บริโภคที่กว้างขึ้น ในความเป็นจริงนั่นคือช่วงที่ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตหลายรายเริ่มรวม WiFi ไว้ในอุปกรณ์ CPE (อุปกรณ์พื้นฐานของลูกค้า) สำหรับหลาย ๆ คนประสบการณ์ WiFi แรกของพวกเขาคือเราเตอร์ไร้สาย 11g ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดคือ Linksys WRT54G ซึ่งเปิดตัวเมื่อปลายปี 2545 สาเหตุส่วนหนึ่งคือความสามารถในการปรับแต่งเฟิร์มแวร์ หัวข้ออื่นสำหรับบทความในอนาคต

802.11-2007 เป็นมาตรฐานที่ 'รวบรวม' และมีการแก้ไขจนถึงปัจจุบัน ประกอบด้วย 11a, 11b และ 11g มีการแก้ไขอื่น ๆ ที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการอภิปรายในมือ

การปรับปรุงที่เข้ามา: 802.11n

802.11n เปิดตัวในปี 2009 เป็นที่คาดหวังอย่างมาก มีความต้องการเพิ่มขึ้นสำหรับประสิทธิภาพที่ดีขึ้นและปริมาณงานที่มากขึ้น ตัวอย่างเช่นปี 2550 Netflix เปิดตัวบริการแบบสมัครสมาชิกเพื่อสตรีมวิดีโอไปยังผู้บริโภคโดยตรง ฉันเคยเห็นการประมาณว่าการสตรีมวิดีโอ (ส่วนใหญ่เป็น Netflix) มีส่วนรับผิดชอบต่อปริมาณการใช้อินเทอร์เน็ตมากกว่า 30% ในปัจจุบัน

สิ่งหนึ่งที่คนส่วนใหญ่ (แม้แต่ผู้ที่เข้าใจเทคโนโลยี) ไม่รู้ก็คือ 11n นั้นใช้ทั้งในย่านความถี่ 2.4 และ 5GHz เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติทั้งหมดมันเป็นชุดของการปรับปรุงของ 11a และ 11g ที่มีอยู่

ปรับปรุงการใช้ OFDM แม้ว่าจำนวนผู้ให้บริการย่อยจะยังคงเท่าเดิม แต่ 11n ใช้มากกว่านั้นในการส่งข้อมูล ผู้ให้บริการย่อยน้อยลงสำหรับ Pilot / Control / Management ซึ่งหมายถึงปริมาณงานที่มากขึ้น

เพิ่มความสามารถ MIMO (multi-input multiple-output) คำอธิบายโดยละเอียดของ MIMO จะใช้บทความทั้งหมดด้วยตัวเอง โดยสรุปอุปกรณ์ 11n มีความสามารถในการส่งข้อมูลหลายสตรีม (สูงสุด 4) ในเวลาเดียวกัน แต่ละสตรีมมีทรูพุตได้สูงสุด 72Mbps

mimo wireless

ขึ้นอยู่กับการออกแบบของอุปกรณ์เฉพาะ แต่ละสตรีมต้องมีเสาอากาศอย่างน้อยหนึ่งอัน นี่คือเหตุผลที่คุณเห็นอุปกรณ์ 11n ที่มีเสาอากาศตั้งแต่ 1 ถึง 6 เสา สัญกรณ์มาตรฐานที่ใช้คือ 3x3: 3 เช่น สิ่งนี้ระบุเสาอากาศส่งสัญญาณ 3 ตัวเสาอากาศรับสัญญาณ 3 ตัวและสตรีมเชิงพื้นที่ 3 สาย เนื่องจากต้นทุนมีอุปกรณ์ 4x4: 4 น้อยมากในตลาด อุปกรณ์เสาอากาศเดียวไม่สามารถใช้ MIMO ได้ โดยปกติแล้วอุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ราคาไม่แพงมากที่มักระบุว่าเป็น n150

การเชื่อมช่องสัญญาณ ตามที่กล่าวไว้ในบทความก่อนหน้านี้ 11n อนุญาตให้ใช้งานได้ถึง 2 ช่องสัญญาณโดยทั่วไปจะเพิ่มปริมาณงานเป็นสองเท่า

เพิ่ม Beamforming พื้นฐาน นี่เป็นหัวข้อทางเทคนิคขั้นสูงดังนั้นฉันจะสรุป Beamforming เป็นเทคนิคที่ใช้ในการปรับเปลี่ยนแอมพลิจูดและเฟสของสัญญาณที่ส่งเพื่อให้เกิด 'สัญญาณรบกวนที่สร้างสรรค์' ไปยังผู้รับบางราย ผลลัพธ์ก็คือแม้ว่าสัญญาณ 2 ตัวจะถูกส่งจากเสาอากาศ 2 เสาที่แยกจากกัน แต่ก็ปรากฏเป็นสัญญาณที่แรงกว่า 1 สัญญาณไปยังผู้รับรายนั้น

ด้วยการปรับปรุงทั้งหมดข้างต้น 11n สามารถ: ปริมาณข้อมูลดิบสูงถึง 600Mbps พื้นที่ครอบคลุมสัญญาณที่ใช้งานได้มากขึ้นและความน่าเชื่อถือในการเชื่อมต่อที่ดีขึ้น

มีการเผยแพร่ร่างการแก้ไขในปี 2550 ซึ่งใกล้เคียงกับที่ทุกคนคิดว่าสุดท้ายแล้วผู้ผลิตหลายรายเริ่มผลิตอุปกรณ์แบบร่าง แม้ว่าลูกค้าองค์กรและธุรกิจไม่เต็มใจที่จะยอมรับอุปกรณ์ร่าง n แต่ตลาดผู้บริโภคทำให้ 11n ได้รับความนิยมอย่างมาก ปัจจุบันอุปกรณ์ 11n เป็นมาตรฐานโดยพฤตินัยในทุกๆที่

802.11-2012 เป็นอีกหนึ่ง“ มาตรฐาน” และการแก้ไขจนถึงปัจจุบัน รวมทุกอย่างตั้งแต่ 802.11-2007 บวก 11n มีการแก้ไขอื่น ๆ ที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการอภิปรายในมือ

โปรดทราบว่าการมอดูเลตแบบปรับได้ถูกใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการส่งสัญญาณและประสิทธิภาพของข้อผิดพลาด อุปกรณ์ WiFi ทั้งหมด (802.11a / b / g / n) สามารถเปลี่ยนไปใช้เทคนิคการมอดูเลตที่แตกต่างกันได้โดยขึ้นอยู่กับความแรงของสัญญาณข้อผิดพลาดในการส่งสัญญาณรบกวน ฯลฯ สิ่งนี้มีหน้าที่รับผิดชอบในการลดปริมาณงานที่กล่าวถึงตลอดบทความนี้

มาตรฐานเหล่านี้ได้รับการดูแลโดย IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเยี่ยมชมเว็บไซต์ได้ที่: http://standards.ieee.org/about/get/802/802.11.html

ในบทความถัดไปฉันจะกล่าวถึง 802.11ac รวมทั้งการแก้ไขใหม่อื่น ๆ ที่คุณอาจไม่ทราบ

เช่นเคยหากคุณมีความคิดเกี่ยวกับบทความโปรดแจ้งให้เราทราบในความคิดเห็นด้านล่าง