WiFi Basics Deel 1: Frequenties en kanalen
- Categorie: Netwerk
In 1947 noemde de International Telecommunication Union (ITU), een VN-agentschap, bepaalde banden van het RF-spectrum ISM. Het idee was om een internationale standaard te hebben voor frequenties die waren gereserveerd voor industriële, wetenschappelijke en medische apparatuur. Ironisch genoeg was telecommunicatie niet het oorspronkelijke doel.
Voordat we details bespreken, wil ik alleen opmerken dat dit artikel voornamelijk gebaseerd zal zijn op het Amerikaanse reguleringsdomein. Verschillende regelgevende domeinen hebben specifieke vereisten met betrekking tot uitgezonden frequenties en vermogensinstellingen.
Hoewel er twaalf ISM-banden zijn, concentreren we ons voorlopig op slechts twee ervan. De meeste mensen noemen ze de 2,4 GHz- en 5 GHz-banden.
Laten we beginnen met de 2,4 GHz ISM-band (2,400 GHz-2,500 GHz). Deze kleine, drukke reeks frequenties wordt verreweg het meest gebruikt, ondanks het feit dat de meeste laptops, smartphones en tablets de afgelopen jaren zijn uitgerust met dubbele radio's.
De reden hiervoor is natuurkunde. De algemene vuistregel is dat hoe lager de frequentie, hoe langer de voortplanting en hoe beter de penetratie. Hier zijn twee voorbeelden uit de praktijk:
- U zit bij een stoplicht in uw auto. Iemand komt naast je staan met een luide radio. Als je hun muzieksmaak niet leuk vindt, rol je misschien het raam dicht. Een deel van dat geluid wordt verminderd, maar u zult die bas (lage frequentie) waarschijnlijk nog steeds goed horen.
- Een ander voorbeeld is een zeer gespecialiseerd radiosysteem dat door het leger wordt gebruikt om te communiceren met ondergedompelde onderzeeërs. Het heet ELF (Extremely Low Frequency) en heeft een golflengte die zo lang is dat de benodigde antenne kilometers lang kan zijn.
Oké, dus nu weten we dat lagere frequenties een groter dekkingsgebied bieden en een betere signaalpenetratie door obstakels heen. Als de 2,4 GHz-band zo geweldig is, hebben we dan echt 5 GHz nodig? Het antwoord is ja.
Beperkingen van 2,4 GHz
Slechts 3 niet-overlappende kanalen. De 2,4 GHz-band is verdeeld in 14 kanalen, waarvan de meeste 5 MHz uit elkaar liggen. Die afstand van 5 MHz was geen probleem in de vroege dagen van draadloos gebruik. De technologie was op dat moment beperkt tot een doorvoersnelheid van ongeveer 1 Mpbs. Eind jaren negentig werd 802.11b met zijn spread-spectrumtechnologie de standaard.
Het voordeel is dat het een doorvoersnelheid van 11 Mbps kan bereiken. Het nadeel was dat het 22 MHz van het spectrum gebruikte. Dus als u bijvoorbeeld kanaal 6 gebruikt, dan zijn op zijn minst kanalen 4,5,7 en 8 onbruikbaar. Deze beperking is nog steeds van toepassing, of u nu oudere 802.11g of de nieuwste 802.11n (2,4 GHz) WiFi-apparatuur gebruikt. Dit is een van de belangrijkste beperkingen.
Het is er overvol. Dit gaat hand in hand met de vorige beperking. Hoewel de 802.11a (5 GHz) en 802.11b (2,4 GHz) -standaarden werden vrijgegeven vanwege kostenverschillen, werd op dat moment alleen 802.11b wijdverspreid toegepast. Het resultaat is dat zelfs vandaag de dag het merendeel van het wifi-verkeer de 2,4 GHz-band gebruikt.
Ga op een straathoek in het centrum van een stad van behoorlijke omvang staan en gebruik wifi-scansoftware. Naar alle waarschijnlijkheid ziet u minstens 20 signalen; Ik heb er meer dan 40 gezien in het centrum van Washington DC. Onthoud nu dat al deze 40 signalen op slechts 3 kanalen werken.
Het is een ISM-band en staat per definitie open voor andere soorten apparaten. Er zijn veel niet-WiFi-apparaten die storing kunnen veroorzaken: magnetrons, draadloze telefoons, Bluetooth-apparaten, babyfoons, videocamera's, garagedeuropeners, enz.
Deze dingen kunnen uw netwerk ernstig verstoren en zijn buitengewoon moeilijk te detecteren zonder gespecialiseerde hardware en software voor spectrumanalyses.
Vervolgens zullen we het hebben over de 5 GHz-band
Naast de standaard ISM-band (5.725-7.825 GHz) heeft de FCC spectrum toegevoegd van de UNII-banden (Unlicensed National Information Infrastructure) om het gebruik van draadloze technologie te stimuleren. Merk ook op dat de verschillende regelgevende instanties bezig zijn met het toevoegen van 195 MHz spectrum beschikbaar in het 5 GHz-bereik.
Beperkingen van 5 GHz
Zoals we eerder hebben besproken, planten hogere frequenties zich niet zo ver voort en dringen ze ook niet door obstakels heen. Laten we het vergelijken met de 2,4 GHz-band in de praktijk.
- In de open lucht beslaan 5GHz-signalen ongeveer 1/3 tot ½ van de afstand.
- De bruikbare signaalkwaliteit zal aanzienlijk verslechteren na het ponsen door 1 binnenmuur, in tegenstelling tot ongeveer 3 muren voor 2,4 GHz-signalen.
Dit leidt tot een ander minder voor de hand liggend nadeel, de kosten. Het prijskaartje om een 5 GHz (nou ja, dual-band) wifi-netwerk van elke omvang te implementeren, is minstens 2,5 keer de kosten van een equivalent 2,4-netwerk. U hebt veel meer toegangspunten nodig, meestal 2,5x tot 3x. Voeg de bekabeling, licenties, onderhoud, etc.
Sommige kanalen zijn voor gedeeld gebruik. Specifieke kanalen worden aangeduid als DFS, Dynamic Frequency Selection. Deze kanalen, gelegen in de UNII-2 en -2 uitgebreide banden, delen het spectrum met sommige radarsystemen, meestal in Europa.
Daarom moet het WiFi-systeem zijn ontworpen om te scannen op radarpulsen voordat de specifieke kanalen worden gebruikt. Als er radarpulsen worden gedetecteerd, worden de betrokken kanalen natuurlijk onmiddellijk uitgeschakeld.
5 GHz voordelen
Zoals je duidelijk kunt zien in de bovenstaande grafiek, zijn er veel meer dan 3 kanalen. Let ook op de kanaalafstand - minimaal 20 MHz. Dit betekent dat kanalen elkaar niet overlappen; ze zijn allemaal tegelijkertijd bruikbaar.
Veel minder druk. In tegenstelling tot 2,4 GHz-apparaten zijn 5 GHz-apparaten pas de afgelopen vijf of zes jaar op grote schaal verspreid. Er is ook het feit dat het tijd kost om een infrastructuur te upgraden. Er is nog steeds een aanzienlijk aantal bedrijven dat alleen 2,4-netwerken heeft.
Zeer weinig storingsbronnen. Behalve de eerder genoemde radar op bepaalde frequenties, is de kans op niet-wifi-interferentie extreem laag.
Hogere doorvoercapaciteit. Theoretisch zijn beide in staat tot 600 Mbps. In de praktijk is dat echter niet het geval omdat veel van die verbeterde capaciteit afhangt van kanaalbinding. Dit is een optionele modus waarbij het apparaat meerdere aangrenzende kanalen tegelijk gebruikt. Weet je nog hoe we het hebben gehad over het feit dat er slechts 3 niet-overlappende kanalen beschikbaar zijn in de 2,4-band?
Deze techniek zou 2 van die 3 gebruiken. Dus je zou niet alleen je buren echt irriteren, alle co-channel en aangrenzende kanalen zouden je netwerk waarschijnlijk veel slechter laten presteren. Om samen te vatten: schakel GEEN kanaalbinding in de 2,4-band in.
Er komen enkele nieuwere standaarden uit die gebruik maken van andere frequentiebereiken. We zullen ze bespreken in een volgend artikel.
Voor een pdf van de officiële spectrumkaart van de FCC: http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.PDF
Ik hoop dat je dit artikel leuk vond. Ik denk dat mijn volgende een discussie zal zijn over de verschillende standaarden.
Als je een onderwerpsuggestie hebt met betrekking tot wifi of algemene netwerken, laat het me dan weten in de comments.