Вай фай как работает: принцип работы беспроводной технологии Wi-Fi

Устройство и принцип работы Wi-Fi сети (преимущества и недостатки)

Как вы уже поняли из названия публикации, что в ней мы с Вами рассмотрим устройство и принцип работы Wi-Fi и WiMax. Казалось бы что сегодня каждый знает об этой технологии и нет смысла писать подобный материал на эту тему. Но проанализировав насколько часто сегодня люди ищут ответ на подобный вопрос, я пришел к выводу, что он раскрыт не до конца и актуален по сей день. Как правило этот вопрос интересует любопытных и начинающих пользователей или людей, которые интересуются цифровыми технологиями в целом. Итак, первым делом мы с вами рассмотрим что же такое Wi-Fi?

Wi-Fi — это аббревиатура, которая произошла от английского словосочетания Wireless Fidelity, что означает «беспроводная передача данных» или «беспроводная точность». Это система короткого действия, покрывающая десятки метров и которая использует не лицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Это протокол и стандарт на оборудование для широкополосной радиосвязи, предназначенной для организации локальных беспроводных сетей.

Другими словами, Wi-Fi — это современная и перспективная беспроводная технология, которая использует радиоканалы для передачи данных. Данная технология предполагает наличие точки доступа/маршрутизатора Wi-Fi (стандарты 802.11a/b/g/n), которая обеспечивает стабильный доступ к сети из некоторой области радиусом до 45 метров в помещении и 90 метров на открытом пространстве (радиус действия зависит от многих условий и в вашем случаем может меняться).

Основные стандарты Wi-Fi:

IEEE 802.11 — определяет набор протоколов для самых низких скоростей передачи данных и является базовым стандартом WLAN.

IEEE 802.11a — Протокол не совместим с 802.11b и несет в себе более высокие скорости передачи чем 11b. Использует частотные каналы в спектре 5GHz. Максимальная пропускная способность до 54Мбит/c.

IEEE 802.11b — стандарт использует более быстрые скорости передачи и вводит больше технологических ограничений. Использует частотные каналы в спектре 2.4GHz. Максимальная пропускная способность до 11Мбит/c.

IEEE 802.11g — стандарт использует скорости передачи данных эквивалентные 11а. Используются частотные каналы в спектре 2.4GHz. Протокол совместим с 11b. Максимальная пропускная способность до 54Мбит/c.

IEEE 802.11n — на данный момент это cамый передовой коммерческий Wi-Fi стандарт, который использует частотные каналы в спектрах 2.4GHz и 5GHz. Совместим с 11b/11a/11g. Максимальная пропускная способность до 300 Мбит/c.

Для более детального представления, привожу сравнительную таблицу стандартов беспроводной связи, в которой содержится подробная информация о таких технологиях как: Wi-Fi, WiMax, Bluetooth v 1.1, Bluetooth v 2.0, Bluetooth v 3.0, UWB, ZigBee, инфракрасный порт.

Работает все это следующим образом. К точке доступа подключаются устройства-клиенты: планшет, Smart TV, компьютеры, ноутбуки,  КПК, смартфоны и другие мобильные устройства, имеющие Wi-Fi адаптеры (приемники). И буквально за несколько секунд устанавливается соединение с Всемирной паутиной или локальной сетью.

Способ подвода Интернета к точке доступа неважен.Точки доступа делятся на публичные и частные. Первые предоставляют доступ в Интернет бесплатно или за деньги неограниченному количеству пользователей. Вторые в принципе используются только для нужд владельцев. Однако к ним также можно подключиться, если сеть не защищена паролем.

Публичные хот-споты (hot spot — точка подключения к беспроводной сети WLAN, а если дословно то «горячее место», «горячая точка») часто встречаются в местах общественного пользования: аэропортах, вокзалах, гостиницах, ресторанах, кафе, магазинах, библиотеках. Подключиться к таким сетям можно свободно на территории заведения или недалеко от него. В некоторых требуется авторизация, при этом логин и пароль вам выдадут после того, как вы оплатите услуги этого заведения.

Некоторые города мира почти полностью охвачены Wi-Fi сетью: для доступа к ней достаточно оплачивать недорогой абонемент. К услугам потребителей представлены не только коммерческие сервисы. Частные лица, сообщества, муниципалитеты активно строят свободные Wi-Fi сети. Небольшие сети, обеспечивающие беспроводным Интернетом жилые дома, публичные заведения (библиотеки, учебные заведения), постепенно укрупняются, используя общее пиринговое соглашение для свободного взаимодействия друг с другом и существуя на основе пожертвований, добровольной помощи и других источников.

Городские власти нередко поддерживают подобные проекты. В Париже, к примеру, OzoneParis дает свободный и неограниченный доступ в Интернет всем, кто предоставляет крышу своего дома для монтажа Wi-Fi сети. В Иерусалиме работает проект Unwire Jerusalem, в рамках которого свободные точки доступа устанавливаются в крупных торговых центрах городов. Многие западные университеты предоставляют доступ в Интернет для своих студентов, работников и посетителей. В странах СНГ ситуация похуже, тем не менее количество хот-спотов постоянно растет.

Преимущества Wi-Fi:

Долой провода. За счет отсутствия проводов экономит время и средства на их прокладку и разводку. Сеть можно расширять практически бесконечно, увеличивая количество потребителей и геометрию сети установкой дополнительных точек доступа. В отличие от прокладки проводных сетей, не нужно уродовать стены, потолки и пол кабелями, штробить стены и сверлить сквозные отверстия. Иногда проводную сеть нельзя построить чисто физически.

Глобальная совместимость. Wi-Fi — это семейство глобальных стандартов (несмотря на некоторые ограничения, существующие в разных странах), поэтому по идее устройство, произведенное в США, должно прекрасно работать в странах СНГ. И наоборот.

Недостатки Wi-Fi:

Правовой аспект. В различных странах по разному подходят к использованию частотного диапазона и параметрам передатчиков/приемников беспроводного сигнала стандартов IEEE 802.11. В одних странах, к примеру, требуется регистрация всех Wi-Fi сетей, работающих вне помещений. В других налагается ограничение на используемые частоты или мощность передатчика.

В странах СНГ использование Wi-Fi без разрешения на использование частот от Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) возможно для организации сети внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий. Если вы хотите связать радиоканалом два соседних дома, рекомендуется обратиться в вышеупомянутый надзорный орган.

Стабильность связи. Стандартные домашние Wi-Fi маршрутизаторы распространенных стандартов 802.11Ь или 802.11g имеют радиус действия порядка 40-50 метров в помещении и до 90 метров снаружи. Некоторые электронные устройства (микроволновка), погодные явления (дождь) ослабляют уровень сигнала. Также расстояние зависит от рабочей частоты и других факторов. Более детально узнать о факторах, которые влияют на беспроводную связь Wi-Fi вы можете здесь.

Перекрестные помехи. При большой плотности точек доступа могут возникнуть проблемы доступа к открытой точке доступа при наличии рядом хотспота, работающего на том же или соседнем канале и использующем шифрование.

Факторы производства. К сожалению, производители не всегда четко придерживаются стандартов, поэтому некоторые устройства могут работать нестабильно или на меньших скоростях.

Энергопотребление. Достаточно высокое потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.

Безопасность. Стандарт шифрования WEP, по-прежнему остается одним из популярных и относительно легко взламываемых, а более совершенный протокол WPA, к сожалению, не поддерживают многие старые точки доступа. Более надежным и совершенным на сегодня считается протокол WPA2.

Ограниченная функциональность. При передаче небольших пакетов данных к ним присоединяется большое количество служебной информации, что ухудшает качество связи. Поэтому Wi-Fi не рекомендуется использовать для работы в IP-телефонии, использующей протокол RTP: качество связи не гарантировано.

Какой Wi-Fi модуль на ноутбук выбрать?

Если в вашем ноутбуке по каким-либо причинам отсутствует модуль беспроводной связи, возможны три варианта:
1. MiniPCI. Этот адаптер устанавливается внутри ноутбука в порт Minipci, который присутствует во всех ноутбуках, выпущенных после 2004 года. В процессе работы его не нужно подключать и отключать. Но установку данного адаптера рекомендуется выполнять только в сервисных центрах.

2. USB-адаптеры. По размерам — обычная «флешка». Различаются, как и все адаптеры, следующими параметрами: дальность приема, скорость передачи, поддерживаемый стандарт. Минус — адаптер выступает за габариты ноутбука, поэтому его можно ненароком задеть при переноске и повредить USB-порт. Не подходит тем, у кого мало свободных USB-портов. Зато этот адаптер можно установить в любое устройство, имеющее USB-порт. Например, в стационарный компьютер.

3. PCMCIA. Устанавливаются в широко распространенный PCMCIA-слот ноутбука. Эту операцию под силу выполнить любому пользователю. При этом адаптер только немного выступает за габариты ноутбука. Мы имеем свободный USB-порт и занятый — PCMCIA.

Подведя черту можно сказать, что по стоимости все типы Wi-Fi адаптеров отличаются не сильно. Что выбрать для себя решайте сами. Имейте ввиду, что для того чтобы операционная система опознала ваше устройство, нужно либо установить драйвер с поставляемого в комплекте с адаптером диска, либо надеяться на то, что ваша ОС найдет драйвер в своих недрах. Чем новее ОС, тем на это больше шансов. А теперь давайте рассмотрим принцип работы технологии WiMax.

Как работает WiMAX.

Существует еще один стандарт беспроводной связи, который развивается не менее быстрыми темпами, чем Wi-Fi. Однако во многом от него отличается. Давайте рассмотрим его основные особенности.

WiMax — это аббревиатура расшифровывается как Worldwide Interoperability for Microwave Access, что дословно в переводе означает «Международное взаимодействие для микроволнового доступа». Стоит сказать что WiMax не является более опасным для здоровья, чем обычная сотовая связь. Технология использует высокую степень защиты для передачи данных, что идеально подходит для ведения бизнеса. В WiMAX используется тройное шифрование данных посредством алгоритма DES 3.

WiMAX базируется на стандарте IEEE 802.16 (не путать с IEEE 802.11). Сеть на базе этой технологии строится на основе базовых и абонентских станций и оборудования, связывающего между собой базовые станции, с поставщиком Интернета и других сервисов. Используемый рабочий диапазон от 1,5 до 11 ГГц. Скорость теоретически может достигать 70 Мбит/с. Не требуется прямая видимость между базой и приемником.

Для связи между базами используются частоты от 10 до 66 ГГц. Скорость может достигать 120 Мбит/с. Необходима прямая видимость между базами и наличие хотя бы одной базы, подключенной к сети Интернет с помощью проводных технологий. Радиус действия — 6-10 км для «статичных» абонентов и 1-5 км -для «мобильных», передвигающихся на скорости до 120 км/ч.

Особенности Wi-Fi и WiMAX.

Аутентификация поддерживается как часть взаимного уровня цифровых сертификатов Х.509 (РК1). Устройства WiMAX имеют уникальные сертификаты, один для данного типа устройств, один для данного производителя. По сути,  достигается защита потоков данных, заслуживающая полного доверия. По этой причине на базе WiMax даже появляются виртуальные частные, конфиденциальные сети (VPN). Они дают возможность сформировать защищенные коридоры, служащие для передачи информации как удаленным пользователям, так и с сотрудниками компании.

В условиях города и частного сектора не смотря на постройки, деревья и даже погоду, WiMax способен по средством радиоканала передавать необходимые данные. Провайдер установив передатчики WiMax в разных частях города открывает огромную по нынешним меркам возможность подключения к Интернету в доступной зоне действия сети.

Кроме этого, WiMax может быть использован для голосовой и видео-связи высокого качества. Как вы понимаете, WiMax призван решить три основных требования к сетевым соединениям, высокую пропускную способность, надёжность и мобильность. За технологией WiMax будущее потому что она дает возможность выполнять работу по проектам в любом месте и открывает доступ ко всем вашим бизнес-приложениям.

В заключении этого поста скажу, что технология Wi-Fi в первую очередь создавалась для корпоративных пользователей, чтобы избавиться от хитросплетения проводов, но сейчас она становится популярной и в частном секторе. Технологии Wi-Fi и WiMax хоть и собратья, но призваны решать совершенно разный круг задач.

Все чаще в семье появляются дополнительные сетевые устройства: планшет, Smart TV, ноутбук, мобильные девайсы и игровые консоли с поддержкой Wi-Fi. И каждому необходим выход в Интернет. И желательно, никаких проводов, чтобы можно было свободно перемещаться по квартире. В таком случае беспроводной Интернет станет хорошим выбором.

Читайте также

Технологии

• 3

  2018-01-02T16:55:33+00:00

  Wireless Local Area Network (Беспроводная Локальная Сеть). WLAN — это сокращение от первых букв.

• 2016-12-14T02:30:52+00:00

  Вадим Вороновский

  Подскажите что означает wlan и в каком контексте употребляется? Спасибо заранее.

• 2

  2016-10-31T13:11:36+00:00

  Yevhen Grafov

  Благодарю.

• 2

  2016-06-06T20:40:31+00:00

  Тимофей Малиев

  Благодарю!

• 2

  2014-02-17T21:34:08+00:00

  Рита: DHCP на маршрутизаторе включено? Какие устройства кроме ноутбука подключаете по Wi-Fi? Что показывает ipconfig? Здесь можете почитать про настройку беспроводного Wi-Fi маршрутизатора на примере модели TP-Link: https://hobbyits. com/kak-nastroit-besprovodnoj-marshrutizator-wi-fi-router/
  Скорее всего, это проблема не маршрутизатора, а конфигурации сети. Возможно интернет пропадает на другом устройстве из-за того, что устройство в качестве шлюза использует ноутбук. Иногда подобное может наблюдаться из-за включенного на одном из компьютеров IPv6. Опишите проблему более детально. Удачи!!!

• 5

  2014-02-17T20:49:50+00:00

  У меня такая проблема! В квартире стоит Wi-Fi он работал на все устройства до поры до времени!Потом перестал, работал только на ноутбук, а если к сети подключится другое устройство,то на устройстве работает, а на ноутбуке нет!! Мне сказали проблема в роутере. Я купила новый D-lINK(Dir-615),но опять такая же фигня!!! Что мне делать??? Помогите пожалуйста!!

Как работает Wi-Fi, Bluetooth, 5G, NFC? Разбор

Привет. Ролик, который вы можете включить ниже в виде файла весит 1,5 ГБ. Но я загрузил его в YouTube всего за пару минут. По Wi-Fi. Слава скорости — 300 Мбит/с. После переезда на новую студию никак не могу к такому привыкнуть.

Это прекрасное чувство когда себе подключил интернет 300 Мбит! Просто бальзам на душу! Но как всё это возможно?

Мы уже привыкли передавать данные по воздуху: Wi-Fi, AirDrop, Bluetooth, NFC. Но вы задумывались, как это работает? Почему стандартов так много и как они не конфликтуют друг с другом. Каким образом видео с YouTube из неоткуда появляется на экране вашего смартфона?

Сегодня мы поговорим о том как работают беспроводные технологии.

Узнаем почему Wi-Fi быстрее Bluetooth? Хоть работают они на одной частоте. А заодно разберемся, почему беспроводные технологии могут быть безопасными на примере системы AJAX. И выясним, что нам ждать от следующих поколений связи 6G и Wi-Fi 7?

Электромагнитные волны

Радио, GPS, Bluetooth, 5G — все эти технологии передают данные при помощи электромагнитных волн. Но как они это делают?

Простой пример: если бросить в воду камень — возникают волны — это некое возмущение водной поверхности. А если где-то образуется новое электромагнитное поле, оно точно также возмущает пространство вокруг себя и образуются волны. А когда мы пускаем по проводнику переменный ток, он возмущает пространство попеременно — это и порождает электромагнитные волны.

Эти волны распространяются в воздушном пространстве со скоростью света (примерно 300 тысяч км/с). И это неудивительно, потому как свет — это тоже электромагнитная волна. Просто наши глаза по мере эволюции стали восприимчивы к определенному спектру электромагнитного излучения, который исходит от солнца.

Поэтому, если бы много миллионов лет, нашу Землю обогревало не Солнце, а огромный Wi-Fi-роутер, наши глаза бы точно также научились видеть Wi-Fi.

Помимо простого распространения в пространстве эти волны могут отражаться, либо поглощаться предметом. Поэтому, когда волна исходящая от передатчика поглощается антенной приёмника, в ней возникает электрический импульс, такой же как и в передатчике. Поэтому, если мы грамотно закодируем эти электромагнитные колебания, мы можем передать информацию по воздуху. Но как конкретно кодируется сигнал?

AM

Начнем с очень простого примера, с радиосигнала. Самый первый вид кодирования радиосигнала, которое придумало человечество — это амплитудная модуляция. Помните буковки AM на старых радиоприемниках. Это оно — Amplitude modulation

Тут принцип кодирования элементарный. В соответствии с амплитудой сигнала, изменяется амплитуда колебаний. Это как если бы мы поместили колонку в пруд: и от громких фрагментов возникала бы большая волна.  Такой сигнал очень просто передать и расшифровать.

Правда, есть у него недостаток — он очень чувствителен к помехам. В частности поэтому амплитудная модуляция не прижилась в радиовещании, и её быстро вытеснила частотная модуляция, более известная нам как FM — Frequency modulation. Тут принцип похож, но вместо амплитуды меняется частота колебаний.

Цифровой сигнал

Это были примеры аналоговых сигналов, но точно также при помощи амплитудной или частотной модуляции можно передавать и цифровой сигнал.

Это даже еще проще и надежнее, потому как вместо непрерывного аналогового сигнала, нужно передать просто нолики и единички. Есть колебание — нет колебания для амплитудной модуляции, высокая частота — низкая частота для частотной.

АМ (цифровая)

FM (цифровая)

Фазовая манипуляция / Phase-shift keying (PSK)

Гауссовская частотная модуляция с минимальным сдвигом / Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK))

Естественно сейчас методы кодирования куда более изобретательны, в мобильной связи и Wi-Fi используются методы ортогонального частотного разделения (OFDM), а также квадратурной амплитудной модуляции (QAM).

Всё это выглядит гораздо сложнее, но я думаю основной принцип вы поняли: амплитудой, частотой, фазой несущего сигнала, мы можем закодировать массу информации.

Квадратурная амплитудная модуляция /Quadrature Amplitude Modulation, QAM

Шифрование

Но раз всё так просто, насколько это безопасно? Ведь по идее сигнал по воздуху можно легко перехватить.

Естественно, сигнал шифруется. О том как работает шифрование мы делали отдельный материал. Тут же же дадим несколько дельных советов. В настройках роутера вам нужно выбрать тип защиты и тип шифрования.

Если у вас в типе защиты выбрано WEP (Wired Equivalent Privacy) — код красный. Это не актуальный стандарт его легко взламывают за счет уязвимостей.

В качестве защиты выбирайте WPA любой версии, но лучше самую последнюю WPA3 (Wi-Fi Protected Access).

А в качестве стандарта шифрования выбирайте AES. Сейчас это самый надежный стандарт беспроводного шифрования.

TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) — НЕБЕЗОПАСНО

AES (Advanced Encryption Standard) — БЕЗОПАСНО

Даже Агентство национальной безопасности США постановило, что шифр AES является достаточно надежным, чтобы использовать его для защиты сведений, составляющих государственную тайну. Вплоть до уровня TOP SECRET.

Также алгоритмы на основе AES в том числе используются во всевозможных охранных системах. Например, в беспроводной системе безопасности AJAX защищены все передаваемые данные. Там используется собственный помехоустойчивый протокол связи c AES-шифрованием с плавающим ключом. Поэтому на взлом такое системы уйдёт астрономически много времени.

Скорость

Оки-доки, данные мы передавать научились. Но от чего зависит скорость передачи? Есть несколько факторов.

Во-первых, это частота сигнала. Тут всё вроде как просто. Чем выше частота, тем выше скорость передачи. Потому как чем больше колебаний в секунду мы сможем передать, тем больше бит информации мы сможем запихнуть.

Именно поэтому новые стандарты связи переходят на всё более и более высокие частоты.

Например, если с первого по четвертое поколение мобильных сетей, мы как-то обходились частотами от 750 до 2700 МГц и максимальная скорость передачи данных на 4G была 1 Гбит/с, то с приходом 5G начали использоваться частоты до 30 ГГц и выше, что позволит увеличить скорость передачи данных в 20 раз.

Длина волны и скорость

Так почему бы все данные не передавать на частоте 100 ГГц или даже выше? Скажем так, есть побочный эффект.

Чем выше частота — тем меньше дальность передачи сигнала.

Во-первых, чем короче волна, тем быстрее она затухает в пространстве.

Во-вторых, у коротких волн уменьшается, так скажем, ловкость.

Дело в том, что волны способны огибать препятствия меньшие по размеру, чем их длина.

Например, на частоте 2,4 ГГц, на котором работает обычный Wi-Fi, длина волны 12,5 см. Это позволят ей спокойно огибать мелкие препятствия. А вот на частоте свыше 30 ГГц длина волны уже меньше 10 мм, поэтому каждый листик или капелька дождя для такого сигнала становятся серьезной преградой. Поэтому крайне высокочастотный сигнал не является надежным. Да что уж далеко ходить за примерами, у кого есть Wi-Fi на частоте 5 ГГц знает насколько меньше зона покрытия у такой сети.

Мощность

Высокая частота повышает скорость, но уменьшает зону охвата и надежность. Это мы поняли. Но значит ли это, что всё стандарты, которые работают на одной частоте одинаковые по скростоит и надежности?

Конечно, нет: на скорость и охват также очень влияет мощность передатчика.

Например, Wi-Fi и Bluetooth работают на одной и той же частоте 2.4 Ггц. Но при этом WI-Fi и бьет дальше, и скорость выше.

Как так? Всё потому что, Bluetooth проектировался как персональный стандарт передачи данных, в котором главное — не скорость, а энергоэффективность. А значит можно и мощность передатчика поубавить.

Помехи

И последнее, что влияет на скорость — это помехи. Вернёмся к нашему Wi-Fi и Bluetooth. Из-за того, что они работают на одной частоте — 2.4 ГГц — на многих ноутбуках и смартфонах при одновременно включенном Wi-Fi и Bluetooth падает скорость как у одного, так и у второго. А могут вообще возникнуть проблемы с передачей сигнала. Это происходит из-за интерференции и электромагнитных волн. Сигналы накладываются и гасят друг друга.

Точно также гасят друг друга соседские роутеры и другие умные девайсы. При этом ситуация с каждым годом ухудшается. Появляется всё больше систем умных домов от тех же Xiaomi, которые работают на стандарте Wi Fi, что ненадежно и небезопасно.

Во-первых, обилие умных лампочек, чайников и ip-камер непреднамеренно засоряет эфир.

Во-вторых, Wi-Fi можно легко заглушить преднамеренно при помощи недорогих глушилок.

В-третьих, так как мы не особо паримся по поводу паролей и методов шифрования, можно перехватить пакет данных и ваш “умный дом” может с легкостью превратиться в дом ужасов.

Ну и, в-четвертых, в примитивных беспроводных системах связь проходит напрямую через роутер. А если он перестает работать — система становится бесполезной. Нет альтернативных каналов связи или просто выделенного канала.

Надежность

Что же получается? Беспроводная связь — очень удобная вещь, но она никогда не сравнится с проводами по надёжности и безопасности?

На самом деле всё не так плохо.

Например, существуют системы умного дома: Zigbee и Z-Wave, которые работают на кастомных протоколах и частота преимущественно до 1 ГГЦ.

Эти системы используют низкоэнергетические радиоволны с достаточно большим радиусом действия, что позволяет обеспечить надежный канал связи, при этом устройства не будут потреблять много энергии и могут работать на батарейках годами.

И это уже не плохо. Но вот с точки зрения дальностидействия, шифрования и альтернативных каналов связи у таких систем умного дома всё еще есть проблемы. Поэтому большинство профессиональных систем безопасности делают проводными. Но есть и светлые примеры. Я естественно имею ввиду беспроводную систему безопасности AJAX.

AJAX

Система уникальна тем, что ребята разработали собственную радиотехнологию Jeweller, при помощи которой осуществляется связь между устройствами системы и её центром (хабом).

У технологии есть несколько преимуществ. Во-первых, используются незагруженная полоса частот 868-869.2 МГц, что позволяет AJAX поддерживать связь с датчиками и устройствами на расстоянии 2000 метров.

• 868.0 — 868.6 МГц для Европы
• 868.7-869.2 для стран ЕАС

Так как частота не очень высокая, то не требуется огромная мощность передатчика, плюс батарею экономит кастомный радиопротокол. Благодаря этому датчики AJAX стабильно работают от предустановленных батареек до семи лет.

Внутри хаба установлены две антенны для частот Jeweller, что позволяет добиться бесперебойного сигнала даже в экстремальных радиоусловиях. Но как всё это поможет, если сигнал будут глушить злоумышленники?

На этот случай, есть несколько степеней защиты. При наличии помех или глушении система автоматически сменит частоту на свободную. Эта технология называется радиочастотным хоппингом. А если кто-то заглушил вообще весь канал — соответствующее событие отправляется на пульт охранной компании и всем пользователям. Вот бы с Wi-Fi соседа так можно было сделать.

Более того, хаб общается с пользователями и охранной компанией по Ethernet, Wi-Fi, LTE. Каналы работают параллельно и страхуют другдруга.

Но самое классное, в беспроводных охранных системах, что стены штробить не надо.

В общем, будущее за беспроводными технологиями, ведь даже в таких серьезных вещах, как системы безопасности удалось достичь уровня защиты, сравнивого с проводными решениями.

Что нас ждёт в будущем?

Безусловно, мы будем всё больше переходить на беспроводные технологии.  Мы еще не успели вкусить 5G как уже во всю разрабатывается шестое поколение мобильной связи, которые планируют внедрить через 5-10 лет. 6G, кстати, будет работать на терагерцовом и субтерагерцовый диапазоны частот. Это как раз частоты между инфракрасным диапазоном и микроволновым.

Нас ожидают скорости передачи данных от 100 Гбит до 1 Тбит/с и управлять всем этим будет искусственный интеллект. Примерно в тоже время, в 2025 году мы увидим Wi-Fi 7. Стандарт будет работать на частоте до 7 ГГц, а пропускная способность достигнет 40 Гбит/с. Про Wi-Fi 7 и 6G мы еще сделаем отдельные материалы.

А пока покупаем себе Wi-Fi 6 роутеры, золотые iPhone с поддержкой 5G и прочие гаджеты. Охранять это всё будут беспроводные системы безопасности. Поэтому ставим себе AJAX, всё это добро еще надо уберечь до 2025 года.

Post Views:
10 525

От электричества к информации — McCann Tech

Первоначально опубликовано : 18 июня 2020 г.

Что такое Wi-Fi? Откуда это?

Wi-Fi — это торговая марка стандартов беспроводной сети. Wi-Fi позволяет устройствам обмениваться данными, отправляя и получая радиоволны.

В 1971 году Гавайский университет продемонстрировал первую беспроводную сеть передачи данных, известную как ALOHAnet. В 1985 году FCC США открыла радиодиапазоны ISM для нелицензионных передач. После 1985, другие страны последовали за ним, и все больше людей начали экспериментировать. В 1997 и 1999 годах IEEE ратифицировал первые международные стандарты беспроводных сетей.
^{[1 ]}
Они назывались 802.11-1997, 802.11b и 802.11a. Технологии были потрясающими, а имена — нет.

В 1999 году консалтинговая фирма Interbrand создала логотип и предложила название Wi-Fi. Wi-Fi был каламбуром на Hi-Fi, относящимся к высококачественному звуку. Wi-Fi было легче запомнить, чем 802. 11, и с тех пор мы придерживаемся этого названия. Официальное название — Wi-Fi, но большинство людей не пишут его с заглавной буквы и не включают дефис. Wi-Fi, WiFi, Wi-Fi, Wi-Fi и 802.11 — все это относится к одному и тому же. В первые дни Wi-Fi использовался как сокращение от Wireless Fidelity, но официально это не сокращение от чего-либо. Согласно Wi-Fi Alliance, Wi-Fi есть Wi-Fi.

Добро пожаловать в Wi-Fi 101.

Что делает Wi-Fi? Как работает Wi-Fi?

Wi-Fi передает данные с помощью микроволн, которые представляют собой высокоэнергетические радиоволны. Wi-Fi сложнее, чем FM-радио, но базовая технология та же. Они оба кодируют информацию в радиоволны, которые принимаются и декодируются. FM-радио делает это для звука, Wi-Fi — для компьютерных данных. Так как же мы можем использовать радиоволны для передачи звука или информации?

На базовом уровне вы можете представить себе двух человек, держащих скакалку. Один человек быстро поднимает и опускает руку, создавая волну. С Wi-Fi этот человек будет представлять ваш маршрутизатор Wi-Fi или точку беспроводного доступа. Сохранение одного и того же движения вверх и вниз известно как несущая волна. Человек на другом конце — это клиентское устройство, такое как ноутбук или мобильный телефон. Когда беспроводной клиент подключается к сети и обнаруживает несущую волну, он начинает слушать и ждать небольших различий в сигнале.

В нашем примере вы можете представить, как скакалка движется вверх и вниз, а затем получает одно движение вправо. Это единственное движение вправо можно интерпретировать как двоичное число 1. Движение влево будет двоичным 0. Соедините достаточное количество единиц и нулей вместе, и вы сможете представлять сложные вещи, такие как все данные на этой веб-странице.

Звучит как волшебство, но так работает не только Wi-Fi. Bluetooth, 4G, 5G и большинство беспроводных сетей работают за счет манипулирования волнами для передачи электрических сигналов по воздуху. Более глубокий и лучший вопрос, чем «Как работает Wi-Fi?» «Как работает беспроводная передача?»

Если вам нужен лучший ответ, вам нужно иметь общее представление о нескольких вещах:

• Фундаментальная физика электричества и магнетизма
• Электромагнитное излучение, радиоволны и антенны
• Как проводные сети передают данные

Я старался изо всех сил, чтобы это было понятно и изложено в понятной форме. Это сложный материал, и его трудно объяснить. Вот почему существует так много плохих объяснений того, как работает Wi-Fi.

Это не будет легкой и беззаботной беседой. Каждая из этих тем могла бы стать целым курсом в колледже, так что простите меня за упрощение, где это возможно. Используйте Википедию и другие ресурсы, чтобы заполнить пробелы или прояснить то, что я упустил. Как всегда, исправления и отзывы приветствуются.

Давайте углубимся в суть и сначала рассмотрим физику. Если вы не знакомы с фундаментальной физикой, Википедия — отличный ресурс. Ключевые термины, выделенные синим цветом, являются ссылками на статьи Википедии, которые поясняют далее.

Wi-Fi Physics 101: Electricity and Magnetism

• Материя состоит из атомов.
  • Атомы состоят из более мелких частиц: отрицательно заряженных электронов, положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов.
• Положительно или отрицательно заряженная частица создает электрическое поле.
  • Электрическое поле воздействует на окружающие его заряды, притягивая или отталкивая их.
• Магнитные поля и электрические поля связаны. Оба они являются результатом действия электромагнитной силы, одной из четырех фундаментальных сил природы.
• Электрический ток — это поток отрицательно заряженных электронов через проводящий материал, например провод.
  • Электрический ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле. Так работают электромагниты.
• В 1867 году Джеймс Клерк Максвелл обнаружил, что свет, магнетизм и электричество связаны между собой.
  • Он предсказал существование электромагнитных волн.
  • Его уравнения описывают, как электрические и магнитные поля генерируются зарядами, токами и другими изменениями поля.
  • Это известно как второе великое объединение физики после сэра Исаака Ньютона.
• В 1887 году Генрих Герц первым доказал существование электромагнитных волн.
  ^{[2 ]}
  Люди думали, что это так круто, что использовали его фамилию как единицу измерения частоты волны.
• Электромагнитным волнам не нужна среда. Например, они могут перемещаться в космическом вакууме.
  • Поскольку видимый свет представляет собой электромагнитную волну, именно так мы можем видеть солнце или далекие звезды.
  • Так же мы слышали, как Нил Армстронг сказал «Один маленький шаг для человека…» в прямом эфире с Луны.
    ^{[3 ]}
  • Тепло, которое вы чувствуете от солнечного света, связано с лучистой энергией, содержащейся в солнечном свете. Все электромагнитные волны обладают лучистой энергией.
• Примеры электромагнитных волн: видимый свет, радиоволны, микроволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-лучи.
  • Wi-Fi является примером радиоволны, в частности, микроволновой печи. Микроволны — это высокоэнергетические радиоволны.

Мы многим обязаны таким ученым, как Джеймс Клерк Максвелл, который предсказал существование электромагнитных волн. Его уравнения заложили основу современной жизни.

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны бывают самых разных форм. Тип волны классифицируется по длине волны и частоте.

Длина волны — это мера расстояния, на котором форма волны повторяется. В типичной непрерывной синусоидальной волне, такой как Wi-Fi, каждый раз, когда волна идет от пика к впадине и к пику, мы называем это циклом. Расстояние, необходимое для завершения одного цикла, является его длиной волны.

Частота — это мера того, сколько циклов волна делает в секунду. Мы используем Герц (Гц) в качестве меры частоты, 1 Гц — это один цикл в секунду. Более распространены МГц и ГГц для миллионов или миллиардов циклов в секунду.

Представьте волны на пляже. В безветренные дни волны небольшие и приходят медленно. В ветреный день волны обладают большей энергией, набегают быстрее и имеют меньшее расстояние между собой. Более высокая энергия, более высокая частота, более короткая длина волны. В отличие от океанских волн, электромагнитные волны распространяются со скоростью света. Поскольку их скорость постоянна, их длина волны и частота обратно пропорциональны. Когда длина волны увеличивается, частота уменьшается. Если перемножить длину волны и частоту, то всегда будет получаться одно и то же значение — скорость света, предел скорости Вселенной.

Вы можете изобразить все различные виды электромагнитных волн, с наименьшей энергией слева и с самой высокой энергией справа. Мы называем это электромагнитным спектром. Я не собираюсь описывать весь электромагнитный спектр, поскольку нас в основном интересуют микроволны Wi-Fi и то, как мы можем использовать их для беспроводной передачи данных.

Электромагнитный спектр. Источник изображения: wikipedia.org

Начиная слева, у нас есть низкоэнергетические волны, которые мы называем радио. Есть разные мнения, но я придерживаюсь определения из Википедии, согласно которому радиоволны охватывают диапазон частот от 30 Гц до 300 ГГц. По сравнению с остальным спектром, длина волн радио больше, частота низкая, а энергия низкая. Поднимаясь в энергии от радиоволн, у нас есть микроволны.

Микроволны относятся к более широкой категории радиоволн и имеют диапазон частот от 300 МГц до 300 ГГц. Как минимум, микроволны охватывают диапазон от 3 до 30 ГГц. Конкретный диапазон зависит от того, кого вы спрашиваете, но обычно вы можете думать о микроволнах как о высокоэнергетических радиоволнах.
^{[4 ]}
Микроволны используются в микроволновых печах, Bluetooth, Wi-Fi, 4G или 5G-соединении вашего мобильного телефона и многих других беспроводных передачах данных. Их более высокая энергия, более короткая длина волны и другие свойства делают их лучшими для передачи с высокой пропускной способностью, чем традиционные радиоволны меньшей мощности.

Все волны можно модулировать, изменяя амплитуду (силу), частоту или фазу волны. Именно это позволяет Wi-Fi и любой другой беспроводной технологии кодировать данные в беспроводном сигнале.

Передача данных по проводной сети

Прежде чем мы рассмотрим, как работает беспроводная передача данных, нам нужно понять, как работает проводная передача данных. В проводных сетях Ethernet мы используем медные внутренние кабели Ethernet для передачи электрических сигналов. Проводящая медь передает электрический ток, подаваемый с одного конца, через провод на другую сторону.

Типичным примером может быть ПК, подключенный к коммутатору Ethernet. Если ПК хочет передать информацию, он преобразует двоичные цифры в электрические импульсы. Вкл, выкл, вкл, выкл. Он отправляет определенный шаблон из 1 и 0 по проводу, который принимается на другом конце. Ethernet — соседняя улица сетевого мира. Это отлично подходит для передвижения по окрестностям, но вам нужно будет прыгать по шоссе, если вы хотите ехать дальше.

Магистраль мира сетей — это оптоволоконные кабели. Точно так же, как Ethernet передает электрический ток, мы можем сделать то же самое с лазерами и оптоволоконными кабелями. Волоконно-оптические кабели сделаны из гибкого стекла и обеспечивают путь для передачи света. Поскольку для волоконной оптики требуются лазеры, на каждом конце требуются специальные приемопередатчики. По сравнению с Ethernet оптоволоконные кабели имеют преимущество в большей дальности действия и, как правило, большей пропускной способности.

По оптоволоконным кабелям проходит большая часть глобального интернет-трафика. У нас есть широкий спектр волоконно-оптических кабелей по суше и по морю. Именно эти связи позволяют вам общаться с кем-то на другом конце страны или на другом конце мира. Это возможно, потому что эти передачи происходят со скоростью света.

Вот где можно повеселиться . Точно так же, как Ethernet и оптоволоконные кабели передают электрический импульс или луч света от А к Б, мы можем сделать то же самое с радиоприемниками, антеннами и радиоволнами.

Радиостанции, антенны и беспроводные сети

Теперь, когда у нас есть общее представление об электромагнитных волнах и проводной передаче данных, как мы можем передавать данные по беспроводной сети? Ключ — антенна. Антенны преобразуют электричество в радиоволны, а радиоволны в электричество. Базовая антенна состоит из двух металлических стержней, соединенных с приемником или передатчиком.

При передаче радио подает переменный электрический ток на антенну, а антенна излучает энергию в виде электромагнитных волн. При приеме антенна меняет этот процесс на противоположный. Он перехватывает часть мощности радиоволн для создания электрического тока, который подается на приемник и усиливается. Приемные антенны улавливают часть исходного сигнала, поэтому для успешной беспроводной передачи важны расстояние, конструкция антенны и усиление.

Если у вас есть правильно настроенная, мощная антенна, вы можете посылать сигнал на тысячи километров или даже в космос. Это не только Wi-Fi, это то, что заставляет работать спутники, радары, радио и телевизионные передачи. Довольно круто, правда?

• Замысловатый узор из электронов, представляющий поток компьютерных данных в ваш Wi-Fi-маршрутизатор или точку беспроводного доступа.
• Точка доступа отправляет этот образец электронов на антенну, генерируя электромагнитную волну.
  • Чередуя положительный и отрицательный заряд, провод внутри антенны создает колеблющееся электрическое и магнитное поле. Эти колеблющиеся поля распространяются в космос в виде электромагнитных волн и могут быть восприняты любым человеком, находящимся в пределах досягаемости.
  • Типичные точки доступа Wi-Fi имеют всенаправленные антенны, благодаря которым волна распространяется во всех горизонтальных направлениях.
• Эта волна распространяется по воздуху и попадает в приемную антенну, которая меняет процесс, преобразуя лучистую энергию радиоволн обратно в электричество.
  • Электрическое поле входящей волны толкает электроны вперед и назад в антенне, создавая переменный положительный и отрицательный заряд. Осциллирующее поле индуцирует напряжение и ток, которые текут к приемнику.
• Сигнал усиливается и принимается либо на клиентское устройство, либо на соединение Ethernet для дальнейшей маршрутизации.
  • Большая часть энергии волны теряется по пути.
  • Если передача прошла успешно, электрические импульсы должны быть точной копией того, что было отправлено.
  • Если передача не удалась, данные отправляются повторно.
• Когда информация получена на другом конце, она обрабатывается так же, как и любые другие данные в сети.

Больше интересных фактов о Wi-Fi

• Wi-Fi имеет встроенную избыточность. Если вы хотите отправить «Привет», ваша точка доступа не будет отправлять H, E, L, L и O. Она отправляет несколько символов для каждого из них, как если бы вы использовали радиоприемник или телефон со статическими помехами. вызов. Он будет использовать свой эквивалент фонетического алфавита для отправки «Отель», «Эхо», «Лима», «Лима», «Оскар».
  • Таким образом, даже если вы не слышали всю передачу, вы все равно можете узнать, что было отправлено «Привет». Уровень избыточности зависит от силы сигнала и помех в канале.
• Если мощность сигнала высока, точка доступа и приемник могут использовать сложную схему модуляции и кодировать большой объем данных.
  • Если вы вспомните аналогию со скакалкой, приведенную ранее, а не просто левую и правую, она может делиться на 1/4, 1/8 или дальше. Он также может сочетать направление модуляции с силой или фазой модуляции.
  • Самая сложная модуляция в Wi-Fi 6 — это 1024-QAM, которая имеет 1024 уникальных комбинации амплитуды и фазы. Это приводит к высокой пропускной способности, но для эффективной работы требуется очень сильный беспроводной сигнал и минимальные помехи.
  • Когда ваш беспроводной сигнал ослабевает, сложная модуляция не может быть понята. Оба устройства перейдут на менее сложную схему модуляции. Вот почему Wi-Fi замедляется по мере удаления от точки доступа.

Первый в серии: Wi-Fi 101

Wi-Fi 101.

Я планирую написать целую серию статей об основах Wi-Fi, в которых будут затронуты различные темы о Wi-Fi, о том, как улучшить вашу домашнюю сеть, и связанные с этим вопросы. Если есть что-то, что вы хотите, чтобы я осветил, оставьте комментарий ниже.

Сноски

1. IEEE, международная организация по стандартизации, устанавливает определения того, что такое Wi-Fi. Именно поэтому у нас есть стандарты Wi-Fi с такими названиями, как 802.11n и 802.11ac или 802.11ax. С тех пор они переименовали основные стандарты в Wi-Fi 1, 2, 3, 4, 5 и 6. С каждым поколением Wi-Fi становится лучше, и есть много деталей, которые нужно охватить. Я расскажу об этом в следующем посте.

   ↩︎

2. Герц не осознавал практического значения своих экспериментов. «Это бесполезно. Это всего лишь эксперимент, который доказывает, что маэстро Максвелл был прав — у нас есть только эти загадочные электромагнитные волны, которые мы не можем увидеть невооруженным глазом. Но они есть.» Когда его спросили о применении его открытий, Герц ответил: «Полагаю, ничего».
   
   
   Вы можете отдать дань уважения этой легенде, всегда используя заглавную букву H в МГц и ГГц.

   ↩︎

3. 902:36 Радиоволне требуется около одной секунды, чтобы пройти от Земли до Луны. Удивительно, что более 50 лет назад у нас была технология для захвата звука и изображения на Луне, преобразования их в электромагнитные волны, передачи обратно на Землю и передачи по всему миру. Я думаю, это довольно круто, что мы тоже отправили человека на Луну.

   ↩︎

4. Если вы продолжите добавлять энергию микроволнам, вы можете оказаться в уникальной части электромагнитного спектра — видимом свете. Длина волны видимого света измеряется в нанометрах, а нанометры очень малы: человеческий волос имеет ширину около 75 000 нанометров. Видимый свет имеет длину волны от 380 до 740 нанометров и частоту от 405 до 79 нм.0 ТГц (триллионы циклов в секунду). Трудно уложить в голове, но многое из фундаментальной физики тоже.
   
   
   Например, ваш глаз читает эту страницу, потому что экран вашего компьютера излучает электромагнитное излучение в видимой части электромагнитного спектра. Различия в длине волны заставляют ваш глаз интерпретировать разные области страницы как разные цвета. Целая магия мозга и распознавание образов позволяют интерпретировать эти цветовые вариации как буквы и слова. Если бы я выполнял свою работу как писатель, то тоже должно быть каких-то означает за этими словами. Все из-за каких-то волн, вылетающих из твоего экрана. Физика потрясающая, Wi-Fi — это не волшебство, а письмо — это телепатия.

   ↩︎

Networking, Wi-Fi, Wi-Fi 101Evan McCann 18 июня 2020 г. McCann TechWi-Fi, объяснение, Networking, Wi-Fi 1011 Комментарий

0 лайков

как это работает и как это можно улучшить

Саманта Альбано

24 августа 2018 г.

Устали ждать загрузки страниц, сидеть в буфере фильмов и получать это ужасное уведомление «Нет подключения к Интернету», пытаясь использовать Wi-Fi дома? Мы понимаем, если вы. Поскольку распространение устройств «умный дом» продолжает расти, большое значение имеет время, необходимое для обеспечения надежной работы этих устройств с сильным сигналом Wi-Fi. Вот почему мы хотели поделиться сегодняшним блогом, в котором основное внимание уделяется тому, как работает сигнал WiFi, почему уровень сигнала WiFi может колебаться в определенных частях вашего дома и как его можно улучшить.

Откуда поступает сигнал WiFi?

Ваш сигнал WiFi исходит от того места, где установлено соединение WiFi в вашем доме — беспроводного маршрутизатора. Для сигнала беспроводные маршрутизаторы используют определенную полосу частот, либо полосу 2,4 ГГц, либо полосу 5 ГГц. Внутри этих диапазонов есть меньшие диапазоны, называемые каналами Wi-Fi, которые обеспечивают средства для связи наших беспроводных сетей с нашими беспроводными устройствами.

Как передается сигнал WiFi?

Ваш сигнал WiFi передается с помощью радиоволн. Есть два основных шага:

1. Беспроводной адаптер устройства преобразует данные в радиосигнал
2. Беспроводной маршрутизатор получает сигнал, декодирует его и отправляет информацию в Интернет, используя свое физическое соединение Ethernet

Что влияет на уровень сигнала WiFi?

Существует ряд факторов, которые могут повлиять на общий уровень сигнала WiFi. Во-первых, ваш дом может влиять на производительность вашего Wi-Fi. Независимо от того, есть ли на пути сухая стена, деревянная дверь, кирпичная стена или бетон, ваш сигнал Wi-Fi в конечном итоге будет затронут, поскольку он должен передаваться через эти различные материалы. Однако такие факторы, вероятно, находятся вне вашего контроля.

Давайте поговорим о факторах, влияющих на мощность вашего сигнала Wi-Fi, которые находятся под вашим контролем , например о местонахождении вашего беспроводного маршрутизатора. Если у вас проблемы с Wi-Fi, а ваш роутер находится на противоположной стороне дома, это может быть причиной. Таким образом, перемещение вашего маршрутизатора в центральную часть вашего дома может стать ответом на проблему с сигналом WiFi.

Другим фактором, влияющим на уровень сигнала WiFi, может быть беспроводной канал, который использует ваш маршрутизатор. Некоторые каналы чаще испытывают помехи от других сетей или устройств, поэтому изменение канала, используемого вашим маршрутизатором, может помочь. (Здесь мы говорим о том, какие каналы Wi-Fi лучше всего использовать и как изменить канал Wi-Fi.)

Третьим фактором, влияющим на уровень сигнала WiFi в вашем доме, вполне может быть количество устройств, потребляющих полосу пропускания в вашей сети. Вы можете находиться в районе своего дома, где сигнал Wi-Fi обычно хороший, но вдруг вы начинаете испытывать прерывистую скорость. Это может быть вызвано тем, что некоторые устройства в вашей сети перегружают доступную полосу пропускания, в результате чего вашему устройству не хватает пропускной способности для правильной работы. Ключевым моментом здесь является то, чтобы помнить о том, какие устройства используются, и выключать этот смарт-телевизор с потоковой передачей 4K, когда его никто не смотрит. (Забавный факт: клиенты Minim не только получают подробные сведения об использовании пропускной способности на каждом устройстве, но также имеют возможность выполнить тесты скорости для всей сети или отдельных устройств.)

Как повысить мощность сигнала WiFi?

Для использования некоторых устройств или задач требуется определенное количество сигнала WiFi.