Место Wi-Fi по отношению к другим беспроводным технологиям

IEEE 802.11b Wi-Fi

Это первый протокол из семейства 802.11. Он был разработан в 1999 г., действует в ISM-диапазоне с частотой 2,4 ГГц и использует широкополосную модуляцию с прямым расширением спектра (англ. DirectSequenceSpreadSpectrum, DSSS), называемую также кодированием с применением дополнительных кодов (англ. ComplementaryCodeKeying, CCK). При этом для избежания конфликтов с другими устройствами, совместимыми с IEEE 802.11b, в данном протоколе предусмотрен множественный доступ к каналу связи с контролем несущей и предотвращением коллизий (англ. CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance, CSMA/CA).

Использование CSMA/CA увеличивает потребление энергии от батареи и обеспечивает фактическую скорость передачи данных лишь до 6 Мбит/с. Однако применение этой технологии при совместной работе устройств в без того переполненном радиочастотном спектре является более эффективным решением для передачи данных, чем протоколы без CSMA/CA. К сожалению, не все беспроводные протоколы с частотой 2,4 ГГц являются «дружелюбными» при обмене данными, поэтому использование такого подхода в условиях сложной обстановки в эфире дает определенные преимущества.

IEEE 802.11a Wi-Fi

Данный протокол работает в диапазоне частот 5 ГГц. Он способен передавать потоки данных со скоростью до 54 Мбит/с (хотя реальная пропускная способность канала связи достигает примерно половины от этой скорости) благодаря применению мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (англ. OrthogonalFrequency-DivisionMultiplexing, OFDM) и CSMA/CA. Сигнал OFDM является цифровой схемой модуляции, использующей множество близко расположенных ортогональных поднесущих, которые одновременно переносят часть данных, проходящих по линии связи. OFDM-модуляция также позволяет компенсировать помехи в движении и в условиях многолучевого приема, который может иметь место в зданиях с большим количеством металлических конструкций или многочисленными пользователями Wi-Fi.

Особенностью протокола IEEE 802.11a является то, что для достижения работоспособной модуляции и, следовательно, скорости приемо-передатчики на каждом конце линии связи соединяются, основываясь на локальной радиочастотной среде. Это может быть большим преимуществом для устройств, которым требуется высокая скорость передачи данных в условиях внешних помех, или для системы с множеством устройств. Высокая скорость в IoT означает более короткое время передачи и, соответственно, меньшую загруженность выделенной полосы частот. Кроме того, поскольку протокол IEEE 802.11a использует диапазон с частотой в 5 ГГц, это обеспечивает большую ширину полосы пропускания. Но необходимо учитывать, что сигналу с частотой 5 ГГц требуются другие условия распространения, а это, естественно, оказывает влияние на функционирование системы в целом. У данного участка частотного спектра особая физика, поэтому сигналы такой частоты не будут проникать в объекты так же, как с частотой 2,4 ГГц. Кроме того, доступные каналы для передачи данных в этой полосе частот зависят от стандартов того или иного государства, в котором такая система развернута.

Однако есть и другая проблема, которая касается области частот 5 ГГц. Дело в том, что в некоторых странах этот диапазон применяется для трансляции спутникового телевидения, в целях радиолокации и т. д. Сигналы от такой техники могут вносить помехи в работу Wi-Fi-устройств, использующих спецификацию IEEE 802.11a, поэтому некоторые каналы в этой полосе могут быть им недоступны. Эти каналы могут быть полностью запрещены для использования в Wi-Fi-устройствах или могут быть разрешены, но только при условии, что устройства должны немедленно освободить каналы, если в них был обнаружен радиолокационный сигнал. Поэтому в решениях, работающих по протоколу 802.11a, используется технология DFS (англ. DynamicFrequencySelection — динамической выбор частоты). Термин вошел в обиход еще во время развития технологии РЛС и подразумевает, что радиостанции (в нашем случае устройства Wi-Fi) меняют канал, занятый радиолокатором. Ваше оборудование может перестроиться на резервный канал, но при этом во время перенастройки некоторые точки доступа из сети будут выведены. Можно также отключить ряд частот и, таким образом, не использовать DFS в своих устройствах. Это позволит избежать помех от радиолокатора и исключить возникновение в сети прерываний типа hiccups (буквально — икоты) как следствия динамической перенастройки каналов в непредсказуемые моменты времени, но при этом, естественно, вам будет доступно меньшее число каналов в единицу времени.

Еще одна проблема касательно IEEE 802.11a заключается в том, что многие беспроводные транзитные сети также работают в частотном диапазоне 5 ГГц, поэтому из-за высокой мощности соседнего канала или диаграммы направленности антенны вблизи таких сетей Wi-Fi-устройства могут сталкиваться со значительными помехами. И хотя область 5 ГГц имеет широкую полосу и, соответственно, достаточно места для размещения большого количества каналов с высокой пропускной способностью, ей все равно свойственны проблемы, аналогичные для всего не требующего лицензирования спектра частот. О некоторых из них мы поговорим отдельно.

IEEE 802.11g Wi-Fi

Данный протокол был предложен в 2003 г. Он так же, как и IEEE 802.11a, использует OFDM-модуляцию, но является стандартом семейства Wi-Fi, работающим в диапазоне 2,4 ГГц. Хотя IEEE 802.11g использует иной тип модуляции, чем 802.11b, его можно применять для того, чтобы избежать помех при взаимодействии в сети, с устройствами, выполненными в соответствии с протоколом IEEE 802.11b. Однако такие смешанные системы в основном будут иметь меньшую пропускную способность, чем в случае соответствия всех устройств кластера спецификации IEEE 802.11g.

С другой стороны, подобные устройства Wi-Fi могут адаптивно менять тип модуляции, что способствует повышению пропускной способности в более благоприятных радиочастотных средах: в ISM-диапазоне 2,4 ГГц максимальная скорость передачи составляет до 54 Мбит/с.

Также нужно учитывать, что аппаратные средства или прошивка, необходимые для обеспечения такой универсальности и, следовательно, более сложного поведения, могут потребовать большего потребления энергии от батареи, чем более простые протоколы. Поэтому здесь важно найти компромисс между необходимой скоростью передачи данных и сложностью технологии. Это даст возможность определить, какой из членов обширного семейства Wi-Fi лучше всего подходит для конкретного применения.