Wi-Fi

Вайфай (Wi-Fi, WiFi) — торгова марка Wi-Fi Alliance та загальновживана назва для стандарту IEEE 802.11 передавання цифрових потоків даних по радіоканалах. Обладнання, що відповідає стандарту IEEE 802.11, може бути протестовано Wi-Fi Alliance та отримати відповідний сертифікат і право нанесення логотипу Wi-Fi. Поширеними на сьогодні є протоколи IEEE 802.11n., 802.11ac та 802.11ax.

Встановлення Wireless LAN доцільне для побудови мереж, де розгортання кабельної системи є неможливим або економічно недоцільним. Поточні реалізації Wi-Fi дозволяють отримати швидкість передавання даних понад 100 Мбіт/с, при цьому користувачі можуть переміщуватися між точками доступу на території покриття мережі Wi-Fi, використовуючи мобільні пристрої (КПК, смартфони, PSP і ноутбуки), оснащені клієнтськими приймально-передавальними пристроями Wi-Fi та отримувати доступ в Інтернет.

Історія

Загальний огляд створюваної технології Історія розвитку Wi-Fi починається з середини 1990 рр. Дана технологія передавання інформації по радіоканалу була розроблена і застосована в основному в локальних мережах великих корпорацій і компаній Кремнієвої долини США. Створив її відомий австрійський вчений з польським походженням Западнюк Марк. Зв'язок з мобільним абонентом (зазвичай це був співробітник компанії, забезпечений ноутбуком з безпровідним мережевим адаптером) був організований через «точки доступу», підключені до кабельної інфраструктури компанії. При цьому в радіусі дії кожної такої точки (декілька десятків метрів) могло бути до 20 абонентів, що одночасно використовують ресурси мережі. Спочатку термін «Wi-Fi» використовувався тільки для позначення технології, що забезпечує зв'язок в діапазоні 2,4 ГГц і що працює за стандартом IEEE 802.11b (швидкість передавання інформації — до 11 Мбіт/с). Проте потім цим терміном все частіше стали називати й інші технології безпровідних локальних мереж. Найбільш значущі серед них визначені стандартами IEEE 802.11a і 802.11g (швидкість передавання — до 54 Мбіт/с, частотні діапазони, відповідно, 5 ГГц і 2,4 ГГц).

Переваги для корпоративних користувачів Стандарт 802.11b було розроблено в кінці 90-х років і остаточно схвалено на початку 1999-го. У 2000 році почали з'являтися перші пристрої для передавання даних на його основі. Пристрої Wi-Fi були призначені для корпоративних користувачів, щоб замінити традиційні кабельні мережі. Для дротяної мережі потрібна ретельна розробка топології мережі та прокладка вручну багатьох сотень метрів кабелю, деколи в найнесподіваніших архітектурних місцях. Для організації ж безпровідної мережі потрібно тільки встановити в одній або декількох точках офісу базові станції (центральний приймач-передавач з антеною, підключений до зовнішньої мережі або сервера) і вставити в кожен комп'ютер мережеву плату з антеною. Після цього пристрої й комп'ютери можна пересувати як завгодно, а переїзд в новий офіс лише змінить якість передавання одного разу створеної мережі.

Використання Wi-Fi у публічних місцях

Наприкінці 2000-х — початку 2010-х сотні нових компаній почали встановлювати точки доступу Wi-Fi («хот-споти») в кафе, готелях, аеропортах і вокзалах та інших місцях масового дозвілля і перебування. Ці «оператори хот-спотів» або «HSOs» встановлюють Wi-Fi AP's і надають високошвидкісний Інтернет-доступ в цьому місці на комерційній основі. Минулого року основні постачальники таких послуг почали об'єднуватися (встановлювати роумінгові відносини між мережами хот-спотів). До їх числа відносяться компанія T-Mobile (яка встановила хот-споти в мережі кафе Starbucks), AT&T Wireless, British Telecom, Swisscom, Telecom Italia і Sprint PCS. QuantumWi-Fi Network має роумінгові відношення з компанією T-Mobile.

HSO з'явилися завдяки низьким витратам на будівництво хот-спота ($150-$300) і на його обслуговування ($50-$100 у місяць). Великі хот-споти (наприклад, хот-спот аеропорту) вимагають додаткових зусиль, таких як: забезпечення високошвидкісного каналу в Інтернет, встановлення антен та більшої кількості точок доступу. Але навіть за наявності цих витрат вартість встановлення хот-спота Wi-Fi вигідно відрізняється від рішень, побудованих з використанням інших технологій. Вартість хот-спота — сотні доларів (інші (WWAN) технології — тисячі доларів).

Зусилля операторів і виробників устаткування швидко озброїли користувачів пристроями Wi-Fi. Люди вже отримали адаптери Wi-Fi у своїх мобільних комп'ютерах і PDAs для використання в офісі та удома. Не за горами той день, коли більшість користувачів послуг Інтернет матимуть одне або декілька пристроїв, що підтримують Wi-Fi.

Порівняння із мобільним зв'язком попередніх поколінь Wi-Fi, зазвичай, дуже швидкий – 11 мільйонів біт в секунду (11 Мбіт/сек) і більше, або більш ніж у 100 разів швидше за модемне з'єднання. Wi-Fi навіть швидший за безпровідні послуги «2.5G», які є досі найпоширенішими та найстабільнішими мобільними мережами у міжміських регіонах (40-60 кбіт/сек). Реальна швидкість доступу в конкретному хот-споті визначається також і каналом, яким хот-спот пов'язаний з Інтернет, і може варіюватися від сотень кілобіт до сотень мегабіт в секунду, і все одно забезпечує швидкість доступу, що істотно перевищує досяжну з використанням інших технологій. Варто зазначити, що Wi-Fi особливо доречний у сільських регіонах, де наявні великі проміжки між будівлями, що додатково пришвидшує та покращує якість з'єднання.

Новітні стандарти У жовтні 2018 року «Wi-Fi Alliance» представив нові назви та значки для Wi-Fi: 802.11n — «Wi-Fi 4», 802.11ac — «Wi-Fi 5», 802.11ax — «Wi-Fi 6». 3 січня 2020 року представлено позначення для пристроїв, які здатні працювати на частоті 6 ГГц — «Wi-Fi 6E».

Принцип роботи Зазвичай схема мережі Wi-Fi містить не менш однієї точки доступу та може легко масштабуватись.

Також можливо підключення двох клієнтів в режимі точка-точка (Ad-hoc), коли точка доступу не використовується, а клієнти з'єднуються за участю мережевих адаптерів «напряму». Точка доступу передає свій ідентифікатор мережі (SSID) з допомогою спеціальних сигнальних пакетів на швидкості 0,1 Мбіт/с кожні 100 мс. Тому 0,1 Мбіт/с — найменша швидкість передавання даних для Wi-Fi. Знаючи SSID мережі, клієнт може з'ясувати, чи можливо підключення до даної точки доступу. При потраплянні в зону дії двох точок доступу з ідентичними SSID приймач може вибирати між ними на основі даних про рівень сигналу. Стандарт Wi-Fi дає клієнту повну свободу при виборі критеріїв для з'єднання .

Однак стандарт не описує всі аспекти побудови безпровідних локальних мереж Wi-Fi. Тому кожен виробник устаткування розв'язує цю задачу по-своєму, застосовуючи ті підходи, які він вважає за якнайкращі з тієї або іншої точки зору. Тому виникає необхідність класифікації способів побудови безпровідних локальних мереж].

За способом об'єднання точок доступу в єдину систему можна виділити: Автономні точки доступу (називаються також самостійні, децентралізовані, розумні) Точки доступу, що працюють під управлінням контролера (називаються також «легковагі», централізовані) Безконтролерні, але не автономні (керовані без контролера)

За способом організації та управління радіоканалами можна виділити безпровідні локальні мережі: Зі статичними налаштуваннями радіоканалів З динамічними (адаптивними) налаштуваннями радіоканалів З «шаруватою» або багатошаровою структурою радіоканалів

Характеристики та стандартизація Наявність Wi-Fi-зон (точок) дозволяє користувачу під'єднатися до точки доступу (наприклад, до офісної, домашньої або публічної мережі), а також підтримувати з'єднання декількох комп'ютерів між собою.

Дальність передавання інформації залежить від потужності передавача (яка в окремих моделях обладнання регулюються програмно), наявності та характеристики перешкод, типу антени.

Окрім 802.11b, ще є бездротовий стандарт 802.11a, який використовує частоту 5 ГГц та забезпечує максимальну швидкість 54 Мбіт/с, а також 802.11g, що працює на частоті 2,4 ГГц і також забезпечує 54 Мбіт/с.

Стандарту 802.11n, забезпечує до 320 Мбіт/с. На сьогодні даний стандарт широко застосовується.

Ядром бездротової мережі Wi-Fi є так звана точка доступу (Access Point), яка підключається до якоїсь наземної мережевої інфраструктури (каналів Інтернет-провайдера) та забезпечує передавання радіосигналу. Зазвичай точка доступу складається із приймача, передавача, інтерфейсу для підключення до дротової мережі та програмного забезпечення для налаштування. Навколо точки доступу формується просторова область радіусом 50-100 метрів (її називають хот-спотом або зоною Wi-Fi), у межах якої можна користуватися бездротовою мережею.

Для того, щоб під'єднатися до точки доступу й відчути всі переваги бездротової мережі, власнику ноутбуку або мобільного пристрою з адаптером Wi-Fi необхідно просто потрапити в радіус її дії. Усі дії з визначення пристрою та налаштування мережі більшість операційних систем комп'ютерів і мобільних пристроїв виконують автоматично. Якщо користувач одночасно потрапляє у декілька зон Wi-Fi, то підключення здійснюється до точки доступу, що забезпечує найсильніший сигнал.

802-11n Специфікації схвалені радою із стандартів міжнародної організації IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 11 вересня 2009 року. 802.11n Wi-Fi Standard Gets IEEE's Green Light  — PCWorld, 12.09.2009 Максимальна швидкість передавання даних на фізичному рівні в бездротовій мережі стандарту 802.11n становить 600 Мбіт/с, на практиці це означає швидкість в 150—200 Мбіт/с. У попередній версії стандарту (802.11g) максимальна технічна швидкість дорівнювала 54 Мбіт/с, а реальна — приблизно 20 Мбіт/с.

Стандарт 802.11n розроблявся понад 7 років. У 2007 році була затверджена «чорнова» версія 802.11n Draft 2.0, в порівнянні з якою в остаточний варіант внесені тільки необов'язкові доповнення. Таким чином, випущені за останні два роки до стандартизації пристрої «Draft n» будуть повністю сумісні з фінальною версією. Нове устаткування зможе працювати також з пристроями попередніх поколінь 802.11a/b/g.

Висока швидкість досягається завдяки технології багатопотокової передавання даних (MIMO — multiple-input multiple-output). Приймачі та передавачі оснащуються кількома антенами. Бездротова мережа 802.11n може працювати у двох частотних діапазонах і забезпечує розширену зону прийому в порівнянні з попередньою версією.

Технологія Wi-Fi Direct Wi-Fi Direct дозволяє комп'ютерам і портативним ґаджетам зв'язуватися один з одним безпосередньо за чинним протоколом Wi-Fi без використання маршрутизаторів і точок доступу. Тобто з'єднання встановлюється так само просто, як через Bluetooth. Важливим моментом є те, що для організації прямого з'єднання досить, щоб тільки один з пристроїв відповідало стандарту Wi-Fi Direct. Іншими словами, до сертифікованої апаратури може бути приєднано будь-яке сучасне обладнання з підтримкою Wi-Fi. Максимальна відстань передавання даних досягає 100 метрів.

Організація Wi-Fi Alliance почала сертифікацію бездротових пристроїв відповідно до стандарту Wi-Fi Direct у жовтні 2010.

Переваги Wi-Fi

Дозволяє створити мережу без прокладання кабелю, що може зменшити вартість розгортання і/або розширення мережі. Місця, де не можна прокласти кабель, наприклад, поза приміщеннями та в будівлях, що мають історичну цінність, можуть з успіхом обслуговуватися бездротовими мережами. Дозволяє мати доступ до мережі мобільним пристроям (смартфонам, планшетам, ноутбукам тощо). Wi-Fi-пристрої широко поширені на ринку. Гарантується хоча би часткова сумісність устаткування завдяки обов'язковій сертифікації устаткування з логотипом Wi-Fi. Випромінювання від Wi-Fi-пристроїв у момент передавання даних на два порядки (у 100 разів) менше, ніж біля стільникового телефону. Wi-Fi — це набір глобальних стандартів. На відміну від стільникових телефонів, Wi-Fi-устаткування може працювати в різних країнах по всьому світу. Зрідка лише застосовуються не надто суттєві правила на канали/частоти зв'язку.

Недоліки Wi-Fi