Історія появи Wi-Fi: від 802.11 до Wi-Fi 6
Швидкісний та стабільний Wi-Fi — звичайна справа. Перш ніж це стало реальністю, ідеї довелося пройти довгий шлях. Розповідаємо, як з’явилася та розвинулася технологія, без якої ми не уявляємо своє життя зараз.
Як усе почалося?
Технологія Wi-Fi з’явилася 1998 року у радіоастрономічній лабораторії у Канберрі (Австралія). Творцем технології вважають Джона О’Саллівана. Хоча можна знайти інформацію, ніби Wi-Fi придумала голлівудська актриса 30-50-х років Хеді Ламарр.
Перший протокол Wi-Fi 802.11 складався з двох технологій: псевдовипадкового перелаштування робочої частоти (FHSS) і розширення спектра прямої послідовності (DSSS).
* FHSS — метод передачі інформації по радіо, суть якого у частій зміні частоти. Вона змінюється у псевдовипадковій послідовності, яку знають і відправник, і одержувач.
* DSSS — метод прямої послідовності розширення спектра, при якому вихідна послідовність бітів стає псевдовипадковою.
Хеді Ламарр винайшла технологію FHSS, тому причетна до створення Wi-Fi. Вона вигадала спосіб, який допоможе військовим покращити шифрування. Ідея в тому, щоб не просто шифрувати повідомлення, а ще й стрибати з однієї частоти на іншу.
Джон О’Салліван об’єднав метод Ламарр з другим методом у стандарті 802.11.
Він вибрав FHSS, оскільки метод передбачав передачу даних через інфрачервоні сигнали або частоту діапазону 2,4 ГГц зі швидкістю 1-2 Мбіт на секунду. У результаті інфрачервоний компонент Wi-Fi не прижився, а ось радіоверсія поширилася у всьому світі.
Перші покоління Wi-Fi
Наступним стандартом Wi-Fi став 802.11a 1999 року. Це надбудова над 802.11, яка працює на смузі 5 ГГц. Розробники вже тоді вважали, що частоту 2,4 ГГц пристрої наповнять дуже швидко. Це створить проблеми у роботі Wi-Fi.
На той момент проблему створив сам стандарт: нормального зв’язку на 5 ГГц не було. Щоб розв’язати проблему, потрібно створювати адаптери для цієї частоти, а це дорожче за адаптери на 2,4 ГГц.
В той самий час вийшов 802.11b, який працює в піддіапазоні 2,4 ГГц. У цьому стандарті з’явилася таблиця з 13 частотних каналів із шириною 5 МГц. А FHSS вирішили прибрати, залишивши DSSS, тому що перший був повільним.
На відміну від стандарту а, 802.11b став дуже популярним. Зараз він, звичайно ж, застарів, але все ще підтримується.
Максимальна швидкість стандарту b при ідеальних розкладах досягала 11 Мбіт/с, тому швидкістю він похвалитися не міг. У поганих умовах швидкість могла впасти до 1 Мбіт/с. Проте цього вистачало для пошуку інформації, обміну файлами та перевірки пошти. Тоді користувачам цього було достатньо, адже можна було ходити з ноутбуком по кімнаті без проводів, що тягнуться за ними.
Це створило попит, відповіддю на який став новий стандарт 802.11g. Він вийшов у 2003 році та не був чимось надновим. Поки що це була покращена версія тих самих технологій. Швидкість підвищилася вп’ятеро — до 54 Мбіт/с. Головне, що новий стандарт дозволив позбутися дротів у будинку та в офісі.
Момент, коли все змінилося
До 2007 року частоти 2,4 ГГц вистачало через відсутність великої кількості мобільних пристроїв. Але з появою iPhone люди перестали сприймати мобільний телефон, як просто дзвонилку. Телефони поступово ставали заміною комп’ютерів. З’явилися планшети, плеєри та фотоапарати, які використовували бездротові технології.
Сформувався новий запит: потрібна була технологія, яка за адекватну ціну впорається з великою кількістю пристроїв та дасть їм нормальну швидкість. 802.11g справлявся із завданням, доки трафік не почав різко збільшуватися. У частоті 2,4 ГГц пристроїв ставало дедалі більше, через що страждала швидкість.
У 2009 році вийшов новий стандарт — 802.11n, який працює на частотах 2,4 ГГц та 5 ГГц. Він дуже відрізняється від попередніх поколінь тим, що це не просто надбудова. Додалися нові технології, які збільшили швидкість та стабільність у тій самій частоті:
- тепер можна було склеювати смугу частот аж до 40 МГц. Це додавало швидкості. А якщо смугу звузити, то ставала вищою стабільність;
- з’явився прообраз MU-MIMO, технології збільшення пропускної спроможності та завадостійкості радіоканалу. Це дозволило вести передачу на двох чи навіть чотирьох каналах.
Все це дало максимальну швидкість з’єднання 600 Мбіт/с. При цьому через велику популярність знизилася і вартість чіпа.
Чіпи 802.11n з’являлися скрізь. Наприклад, використовувалися для технологій розумного будинку, у пральних машинках, холодильниках, системах автоматичного поливу та камерах спостереження. З’явилася можливість підтримувати зв’язок у віддалених куточках планети. Бізнес-центри використовували Wi-Fi, щоб позбутися дротів та дати можливість співробітникам вільно пересуватися. Лікарі почали проводити консультації через відеозв’язок. З’явився попит на бездротові рішення для компаній.
Починаючи зі стандарту n, все змінилося. Wi-Fi поступово ставав звичайною справою — у закладах, держустановах, готелях та транспорті.
У стандартів b, g і n є обернена сумісність один з одним. Хоча пристрій зі стандартом b гальмував мережу, були й плюси — до нових Wi-Fi могли під’єднатися старі ноутбуки.
Перехід на 5 ГГц
Стандарт n працював у двох діапазонах, але більшість пристроїв все одно займала частоту 2,4 ГГц. Настав момент, коли передбачення розробників стандарту а стали реальністю.
Взяти навіть житловий будинок: Wi-Fi з’являвся майже у кожній квартирі, що знижувало швидкість усіх мереж. А якщо підключалися пристрої, що підтримують стандарти b і g, швидкість падала ще більше.
Розширювати місткість 13 каналів у діапазоні 2,4 ГГц було нікуди, тому інженери повернулися до ідеї перевести частину користувачів у діапазон 5 ГГц.
Так у 2013 році з’явився стандарт п’ятого покоління 802.11ac. У нього була більш містка модуляція 256-QAM та вдосконалена версія MU-MIMO. Але головною особливістю стало те, що новий стандарт передбачав використання 5 ГГц на повну: у цій частоті більше каналів. Їхня кількість залежить від країни, але їх все одно більше, ніж 13.
Стандарт 802.11ac ще не дотягував до інтернету речей. IoT вимагав роботи тисячі датчиків на обмеженому просторі. А ще, стандарт ас витрачав багато енергії, тому не підходив для пристроїв на батарейках. Але й із цією проблемою можна було впоратися, якщо переводити передавач у режим сну.
У 2018 році об’єднання найбільших виробників бездротових пристроїв Wi-Fi Alliance зрозуміли, що технологією користуються звичайні люди. Вони плутаються в позначеннях поколінь Wi-Fi, тому назви вирішили спростити. Тепер на покоління на пристрої вказують іконки з цифрами. Наприклад, 802.11ac — це Wi-Fi 5, а 802.11ax — Wi-Fi 6. Це прижилося, хоча буквені позначення g/n/ac/ax також використовуються.
Останнє покоління: Wi-Fi 6
5 ГГц не заповнився пристроями так само як 2,4 ГГц. Але розробники подумали наперед і випустили новий стандарт — 802.11ax, або Wi-Fi 6. Це знову була не надбудова над минулими поколіннями, а щось принципово нове.
Технологія стала можливою, оскільки розробники набрали багато досвіду, працюючи над попередніми поколіннями. Вони вже знали, чого їм не вистачало, плюс у них був попит з боку ринку. Вони знали, що технологія точно буде популярною.
Але найважливіша причина: прогрес. Тепер обчислювальні потужності звичайної точки доступу та нові антени дають розробникам більше можливостей.
Особливості Wi-Fi 6:
1. Технологія OFDMA.
До неї користувачі Wi-Fi займали певний проміжок часу і чекали своєї черги, якщо цей проміжок належав не їм. У кожного користувача був свій проміжок і частина їх використовувалася не оптимально. Технологія множинного доступу OFDMA розв’язала цю проблему.
2. Поліпшена MU-MIMO.
Тепер можна передавати інформацію з восьми рознесених у просторі потоків. Така кількість дозволяє підвищити швидкість мережі до 9 Гбіт/с.
У Wi-Fi 6 вища пропускна спроможність, та й архітектурна мережа стала простішою. Побудувати мережу для високих навантажень на четвертому поколінні набагато складніше.
3. Target Wake Time.
Принцип роботи такий: дані передаються тільки коли це потрібно, що дозволяє датчику довше перебувати в режимі сну і не витрачати батарею. Тому постійний зв’язок з точкою доступу підтримувати не потрібно.
4. Beamforming.
Технологія використовує фазовані антенні решітки. У цьому випадку точка доступу ніби формує промінь, спрямований на конкретні смартфони, комп’ютери та інші пристрої. Це збільшує ефективність використання спектра та покращує якість сигналу для користувача. Схожа технологія використовувалася і в п’ятому поколінні, але в цьому стандарті вона представлена найкраще.
Підсумок
За 20 років ідея Wi-Fi пройшла шлях від нестабільної технології зі швидкістю передачі 1-2 Мбіт/с у першому поколінні до 11 Гбіт/с у шостому. Якщо раніше про бездротове покриття в офісах можна було тільки мріяти, то зараз Wi-Fi огортає весь світ. Подивимося, що нас чекає у сьомому поколінні Wi-Fi. Але про це ми дізнаємось у 2024 році.