Перспективы развития WiFi на ближайшие годы

Wi-Fi - (Wireless Fidelity) так называют один из стандартов беспроводной передачи данных, а точнее, стандарт IEEE 802.11b. Он входит в группу из 8 стандартов беспроводной передачи данных, из которых технически реализованы только два - 802.11a и 802.11b.

На самом деле все спецификации Wi-Fi являются стандартом в стандарте. С одной стороны, они все должны удовлетворять стандарту беспроводных сетей 802.11, а с другой - они входят в состав крупнейшего стандарта локальных сетей IEEE 802. И преимущества такого подхода сложно недооценивать. Так, спецификации 802.11 затрагивают лишь два нижних уровня (физический и канальный) общей модели ISO/OSI, состоящей из семи уровней. На практике это означает, что любое приложение, равно как и операционная система, не почувствует никакой разницы, будет ли оно работать, например, в проводной локальной сети Ethernet, или беспроводной Wi-Fi, а следовательно, затраты на переход с проводной технологии на беспроводную будут определяться лишь стоимостью оборудования и его установки, и никакая разработка и замена программного обеспечения не потребуется.

Оборудование, предназначенное для работы в стандарте 802.11, в основном делится на два класса - это клиенты и точки доступа (Access Point). Роль клиентов могут играть настольные компьютеры, ноутбуки, КПК, телефоны, принтеры, игровые приставки и прочая портативная и стационарная бытовая техника, оборудованная Wi-Fi-модулем. Если в ПК или КПК изначально отсутствует поддержка беспроводных сетей, то в большинстве случаев это можно с легкостью восполнить приобретением соответствующего адаптера, который может быть реализован в форме практически любой платы расширения. Точки доступа обычно выполнены в виде отдельного внешнего устройства, подключаемого непосредственно к кабелю проводной сети Ethernet или к любому другому совместимому источнику широкополосного доступа в Интернет. Иногда точки доступа комбинируют с каким-либо другим устройством, например, весьма распространены ADSL-модемы, совмещенные с точкой доступа Wi-Fi. На точку доступа возлагается львиная часть работы по обслуживанию беспроводной сети: она должна не только поддерживать радиопередачу со всеми клиентами и связывать сеть с внешним миром, но и регулировать трафик, обрабатывать данные и совершать массу других операций. Также в некоторых случаях может потребоваться и дополнительное оборудование: например, при недостаточном уровне сигнала нужны антенны, а при необходимости соединения между собой двух сетей - мосты.

Существует два основных способа организации беспроводной сети - это клиент-сервер (Infrastructure Mode) и точка-точка (Ad-hoc). В первом случае сеть состоит из одной или нескольких точек доступа и произвольного количества клиентов. Это стандартная модель построения локальной сети, которая принципиально отличается от проводной разве что отсутствием тех самых проводов. Во втором случае связь устанавливается непосредственно между несколькими клиентами, минуя точку доступа. Такая модель удобна для соединения между собой нескольких портативных устройств, например, для моментальной печати фотографий с Wi-Fi-камеры на Wi-Fi-принтер или многопользовательской игры на портативных консолях (Sony PSP, Nintendo DS и других).

Самое непосредственное участие в разработке и процессе развития стандарта принимает компания Intel, которая возглавила комитет, разрабатывающий основу для реализации стандарта, также в сферу деятельности компании входит разработка уровней MAC и PHY и другие аспекты. Безусловно, Intel сегодня является технологическим лидером в этой области, однако для разработки окончательных спецификаций стандарта необходимы усилия многих компаний.

В разработке стандарта 802.11n Intel предлагает пойти эволюционным путём, используя уже проверенные технологии, добавив к ним новые разработки, позволяющие достичь высоких скоростей передачи данных. Например, в 802.11n предлагается использовать такие "наследственные" технологии, как OFDM (ортогональное частотное мультиплексирование) и QAM (квадратурная амплитудная модуляция). Подобный подход не только обеспечит обратную совместимость, но и снизит стоимость разработки. Перед инженерами стоит нелёгкая задача, ведь новый стандарт не должен мешать работе старых устройств 11a/g, и в то же время он должен поддерживать высокую скорость работы. Многие читатели знакомы со снижением скорости работы сетей 802.11g при одновременном использовании устройств 11b. Надеемся, что в новом стандарте такого не будет.

Увеличение физической скорости передачи

Первый способ увеличения скорости беспроводной передачи данных использует несколько антенн для передатчика и приёмника. Технология называется множественным вводом/выводом MIMO (multiple input multiple output). В случае её использования параллельно передаётся множество сигналов, увеличивая тем самым суммарную пропускную способность. Вообще, у MIMO достаточно много преимуществ из-за одновременной передачи данных по разным каналам. Технология использует мультиплексирование Spatial Division Multiplexing (SDM), то есть сигнал передаётся по нескольким различным частотам, после приёма превращаясь в скоростной поток данных. Однако для реализации MIMO на практике необходимо, чтобы для каждого потока данных использовались свои антенны приёма/передачи, цепи RF и АЦП. В то же время использование более двух антенных цепей RF может привести к значительному повышению стоимости устройства, так что разработчикам придётся искать определённый баланс между скоростью и ценой.

Расширив частотный диапазон, можно сравнительно недорого и легко увеличить скорость работы сети. При этом нагрузка на ЦСП вырастет незначительно. При хорошей реализации каналы по 40 МГц могут дать более, чем в два раза полезную пропускную способность, чем два канала старых стандартов 802.11 (Рисунок1.2). Добавив к этому MIMO можно создать мощные и недорогие системы с высокой скоростью передачи.

Рисунок 1.2 - Зоны покрытия Wi-Fi

Если же использовать MIMO с каналами по 20 МГц, то стоимость такой системы возрастает. Дело в том, что нужные нам 100 Мбит/с на физическом уровне здесь можно получить только при трёх антенных цепях на передатчике и приёмнике.

На следующем графике приведена зависимость теоретической пропускной способности OTA от значения SNR, которое измерялось после спаривания каналов. Эффективность уровня MAC составляет 70%, то есть реальные 100 Мбит/с превращаются в теоретические 140 Мбит/с. График позволяет сравнить эффективность работы сетей на 20-МГц и 40-МГц каналах. Расшифровка легенды следующая: "2x2-40 MHz" означает два потока данных, две антенные цепи на приёмнике и передатчике и каналы по 40 МГц.

Рабочая группа IEEE гарантирует обратную совместимость новых устройств 802.11n с оборудованием 802.11a/b/g при условии использования одного и того же частотного диапазона и канала. Другими словами, как мы уже говорили, поддержка 20-мегагерцовых каналов пригодится для обратной совместимости.

Совместимость с существующим оборудованием 802.11a/b/g будет обеспечиваться средствами MAC-уровня. То есть все существующие устройства стандартов 802.11a/b/g смогут подключаться к точкам доступа 802.11n. На уровне MAC также будет обеспечена совместимость схем модуляции для соответствующих частотных диапазонов. Естественно, придётся решить проблемы, возникающие при взаимодействии оборудования различных стандартов. Рисунок 1.3.

Рисунок 1.3- Организация доступа по технологии Wi-Fi