История появления Wi-Fi: от 802.11 до Wi-Fi 6

Скоростной и стабильный Wi-Fi — обычное дело. До того как это стало реальностью, идее пришлось пройти длинный путь. Рассказываем, как появилась и развилась технология, без которой мы не представляем свою жизнь сейчас.

Как всё началось?

Технология Wi-Fi появилась в 1998 году в радиоастрономической лаборатории в Канберре (Австралия). Создателем технологии считают Джона О’Салливана. Хотя можно найти информацию, будто Wi-Fi придумала голливудская актриса 30-50-х годов Хеди Ламарр. 

Самый первый протокол Wi-Fi 802.11 состоял из двух технологий: псевдослучайной перестройки рабочей частоты (FHSS) и расширения спектра прямой последовательности (DSSS). 

* FHSS метод передачи информации по радио, суть которого в частой смене частоты. Она меняется в псевдослучайной последовательности, которую знают и отправитель, и получатель.

* DSSS — метод прямой последовательности расширения спектра, при котором исходная последовательность битов становится псевдослучайной. 

Хеди Ламарр изобрела технологию FHSS, поэтому причастна к созданию Wi-Fi. Она придумала способ, который поможет военным улучшить шифрование. Идея в том, чтобы не просто шифровать сообщения, а ещё и прыгать с одной частоты на другую. 

Джон О’Салливан объединил метод Ламарр со вторым методом в стандарте 802.11.

Он выбрал FHSS, так как метод предполагал передачу данных через инфракрасные сигналы или частоту диапазона 2,4 ГГц со скоростью 1-2 Мбит в секунду. В итоге инфракрасный компонент Wi-Fi не прижился, а вот радиоверсия распространилась по всему миру. 

Первые поколения Wi-Fi

Следующим стандартом Wi-Fi стал 802.11a 1999 года. Это надстройка над 802.11, которая работает на полосе 5 ГГц. Разработчики уже тогда считали, что частоту 2,4 ГГц устройства заполнят очень быстро. Это создаст проблемы в работе Wi-Fi.

На тот момент проблемы создал сам стандарт: нормальной связи на 5 ГГц не было. Чтобы решить проблему, нужно создавать адаптеры для этой частоты, а это дороже адаптеров на 2,4 ГГц. 

В это же время вышел 802.11b, который работает в поддиапазоне 2,4 ГГц. В этом стандарте появилась таблица из 13 частотных каналов с шириной в 5 МГц. А FHSS решили убрать, оставив DSSS, так как первый был медленным.

В отличие от стандарта а, 802.11b стал очень популярным. Сейчас он конечно же устарел, но всё ещё поддерживается.

Максимальная скорость стандарта b при идеальных раскладах достигала 11 Мбит/с, так что скоростью он похвастаться не мог. В плохих условиях скорость могла упасть до 1 Мбит/с. Тем не менее этого хватало для поиска информации, обмена файлами и проверки почты. Тогда пользователям этого было достаточно, ведь можно было ходить с ноутбуком по комнате без тянущихся за ним проводов.

Это создало спрос, ответом на который стал новый стандарт 802.11g. Он вышел в 2003 году и не был чем-то сверхновым. Пока это была улучшенная версия тех же технологий. Скорость повысилась в 5 раз — до 54 Мбит/с. Главное, что новый стандарт позволил избавиться от проводов дома и в офисе.

Момент, когда всё изменилось

До 2007 года частоты 2,4 ГГц хватало из-за отсутствия большого количества мобильных устройств. Но с появлением iPhone, люди перестали воспринимать мобильный телефон, как просто звонилку. Телефоны постепенно становились заменой компьютерам. Появились планшеты, плееры и фотоаппараты, которые использовали беспроводные технологии. 

Сформировался новый запрос: нужна была технология, которая за адекватную цену справится с большим количеством устройств и даст им нормальную скорость. 802.11g справлялся с задачей, пока трафик не начал резко увеличиваться. В частоте 2,4 ГГц устройств становилось всё больше, из-за чего страдала скорость. 

В 2009 году вышел новый стандарт — 802.11n, который работает на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц. Он сильно отличается от предыдущих поколений тем, что это не просто надстройка. Добавились новые технологии, которые увеличили скорость и стабильность в той же частоте:

  • теперь можно было склеивать полосу частот аж до 40 МГц. Это добавляло скорости. А если полосу сузить, то становилась выше стабильность; 
  • появился прообраз MU-MIMO, технологии увеличения пропускной способности и помехоустойчивости радиоканала. Это позволило вести передачу на двух или даже четырёх каналах.

Всё это дало максимальную скорость соединения в 600 Мбит/с. При этом из-за большой популярности снизилась и стоимость чипа.

Чипы 802.11n появлялись везде. Например, использовались для технологий умного дома, в стиральных машинках, холодильниках, системах автоматического полива и камерах наблюдения. Появилась возможность поддерживать связь в отдалённых уголках планеты. Бизнес-центры использовали Wi-Fi, чтобы избавиться от проводов и дать возможность сотрудникам свободно перемещаться. Врачи начали проводить консультации по видеосвязи. Появился спрос на беспроводные решения для компаний.

Начиная со стандарта n всё изменилось. Wi-Fi постепенно становился обычным делом — в заведениях, госучреждениях, отелях и транспорте.

У стандартов b, g и n есть обратная совместимость друг с другом. Хоть устройство со стандартом b тормозило сеть, были и плюсы — к новым Wi-Fi могли подключиться старые ноутбуки. 

Переход на 5 ГГц

Стандарт n работал в двух диапазонах, но большая часть устройств всё равно занимала частоту 2,4 ГГц. Настал момент, когда предсказания разработчиков стандарта а стали реальностью. 

Взять даже жилой дом: Wi-Fi появлялся почти в каждой квартире, что понижало скорость всех сетей. А если подключались устройства, поддерживающие стандарты b и g, то скорость падала ещё больше.

Расширять ёмкость 13 каналов в диапазоне 2,4 ГГц было некуда, поэтому инженеры вернулись к идее перевести часть пользователей в диапазон 5 ГГц.   

Так в 2013 году появился стандарт пятого поколения 802.11ac. У него была более ёмкая модуляция 256-QAM и усовершенствованная версия MU-MIMO. Но главной особенностью стало то, что новый стандарт предполагал использование 5 ГГц по полной: в этой частоте больше каналов. Их количество зависит от страны, но их всё равно больше, чем 13.

Стандарт 802.11ac ещё не дотягивал до интернета вещей. IoT требовал работы тысяч датчиков на ограниченном пространстве. А ещё, стандарт ас тратил много энергии, поэтому не подходил для устройств на батарейках. Но и с этой проблемой можно было справиться, если переводить передатчик в режим сна. 

В 2018 году объединение крупнейших производителей беспроводных устройств Wi-Fi Alliance поняли, что в основном технологией пользуются обычные люди. Они путаются в обозначениях поколений Wi-Fi, поэтому названия решили упростить. Теперь на поколение на устройствах указывают иконки с цифрами. Например, 802.11ac — это Wi-Fi 5, а 802.11ax — Wi-Fi 6. Это прижилось, хотя буквенные обозначения g/n/ac/ax тоже используются.

Wi-Fi: от 802.11 до Wi-Fi 6

Последнее поколение: Wi-Fi 6

5 ГГц не заполнился устройствами так же, как 2,4 ГГц. Но разработчики подумали наперёд и выпустили новый стандарт — 802.11ax, или Wi-Fi 6. Это снова была не надстройка над прошлыми поколениями, а что-то принципиально новое.

Технология стала возможной, так как разработчики набрались много опыта, работая над предыдущими поколениями. Они уже знали чего им не хватало, плюс у них был спрос со стороны рынка. Они знали, что технология точно будет популярна. 

Но самая важная причина: прогресс. Теперь вычислительные мощности обычной точки доступа и новейшие антенны дают разработчикам больше возможностей.

Особенности Wi-Fi 6:

1. Технология OFDMA.

До неё пользователи Wi-Fi занимали определённый промежуток времени и ждали своей очереди, если этот промежуток принадлежал не им. У каждого пользователя был свой промежуток и часть из них использовалась не оптимально. Технология множественного доступа OFDMA решила эту проблему. 

2. Улучшенная MU-MIMO.

Теперь можно передавать информацию по восьми разнесённым в пространстве потокам. Такое количество позволяет повысить скорость сети до 9 Гбит/с. 

У Wi-Fi 6 выше пропускная способность, да и архитектурно сеть стала проще. Построить сеть для высоких нагрузок на четвёртом поколении намного сложнее.

3. Target Wake Time. 

Принцип работы такой: данные передаются только, когда это нужно, что позволяет датчику дольше находиться в режиме сна и не расходовать батарею. Так что постоянную связь с точкой доступа поддерживать не нужно.

4. Beamforming.

Технология использует фазированную антенную решётку. В этом случае точка доступа будто формирует луч, направленный на конкретные смартфоны, компьютеры и другие устройства. Это увеличивает эффективность использования спектра и улучшает качество сигнала для пользователя. Похожая технология использовалась и в пятом поколении, но в этом стандарте она представлена лучше.

Итог

За 20 лет идея Wi-Fi прошла путь от нестабильной технологии со скоростью передачи в 1-2 Мбит/с в первом поколении до 11 Гбит/с в шестом. Если раньше о беспроводном покрытии в офисах можно было только мечтать, то сейчас Wi-Fi окутывает весь мир. Посмотрим, что нас ждёт в седьмом поколении. Но об этом мы узнаем в 2024 году. 

Добавить комментарий

Спасибо, что поделились