> > > > Обзор технологией и стандартов WLAN для домашней сети

Обзор технологией и стандартов WLAN для домашней сети

Опубликовано:

За последние годы технологии WLAN серьезно продвинулись вперед, поэтому во многих случаях прокладывать кабельные сети не требуется. Производители бьют новые рекорды пропускной способности благодаря использованию нескольких каналов передачи, заявляя даже скорость до 10 Гбит/с. Но что мы получаем на самом деле? Насколько велика скорость подобных WLAN на практике? В статье мы ответим на эти и другие вопросы.

Многие производители выпускают скоростные WLAN-маршрутизаторы. Недавно мы как раз протестировали Netgear Nighthawk X10, который поддерживает стандарт WLAN 802.11ac и даже 802.11ad. Последний обеспечивает теоретическую скорость передачи до 7 Гбит/с на коротких расстояниях. Мы уже провели тесты Netgear Nighthawk X10, но в рамках данной статьи обобщим работу различных WLAN-технологий.

Основной режим инфраструктуры

Сеть WLAN может работать в двух базовых режимах. Первый, режим инфраструктуры, предусматривает точку доступа SSID, к которой подключаются все устройства. Второй – пиринговый режим Ad Hoc, при котором беспроводные устройства связываются напрямую друг с другом. Сегодня он используется редко.

Режим инфраструктуры распространён повсеместно. Его отличает наличие центрального устройства – точки доступа, к которой подключаются все клиенты. С помощью специальных пакетов точка доступа рассылает информацию о себе, в том числе сообщает SSID (имя сети), тип шифрования и поддерживаемые стандарты, чтобы к ней могли подключаться новые клиенты.

Для домашних сценариев вполне достаточно простой точки доступа, обычно совмещенной с роутером. Она настраивается где-нибудь в центральном месте, чтобы WLAN охватила наибольшую полезную площадь. Но дальность действия беспроводной сети зависит от множества факторов. Например, 2,4-ГГц сеть лучше проникает сквозь препятствия, чем 5-ГГц WLAN. Кроме того, здесь все зависит от самих препятствий и от структуры сети. В частности, от толщины стен и материалов, из которых они изготовлены. То же самое касается и потолков, если у вас несколько этажей. Поэтому проводить сравнительные тесты дальности работы сети следует только в одном и том же помещении.

Чтобы расширить покрытие сети, можно использовать несколько точек доступа. Ранее мы как раз тестировали систему Netgear Orbi, позволяющую расширить дальность действия WAN с помощью нескольких точек доступа. Клиенты могут переключаться от одной точки доступа к другой без прерывания связи. Подобный роуминг предусмотрен стандартами WLAN, но производители часто реализуют проприетарные решения. В профессиональном окружении используются контроллеры WLAN или протокол Lightweight Access Point, обеспечивающие управление устройствами WLAN. Но для домашней среды подобные решения не актуальны.

В домашних сценариях сеть WLAN можно рассматривать в варианте инфраструктуры, с центральной точкой доступа, к которой подключаются все клиенты.

Частоты и модуляции

Сети WLAN работают на разных частотах. Как правило, используются диапазоны 2,4 и 5 ГГц. Ранние стандарты WLAN использовали только диапазон 2,4 ГГц. Причина кроется в том, что данный диапазон не требует обязательного лицензирования. Соответственно, стандарты WLAN могут использовать разные каналы в допустимых частотных диапазонах.

Мы еще поговорим о стандартах, а пока позвольте привести допустимые частотные диапазоны и каналы.

  • WLAN 802.11a: от 5.150 до 5.725 МГц, 19 каналов
  • WLAN 802.11b/g: от 2.400 до 2.483,5 МГц, 13 каналов
  • WLAN 802.11n: от 2.400 до 2.483,5, а также от 5.150 до 5.725 МГц, в каждом 2 канала
  • WLAN 802.11ac: от 5.150 до 5.350, а также от 5.470 до 5.725 МГц, 76 каналов

Число каналов довольно важно. С одной стороны, они позволяют работать нескольким сетям WLAN в одной среде без создания взаимных помех. Впрочем, это обеспечивается только в тех случаях, когда каналы не пересекаются, что бывает далеко не всегда. Как правило, сети WLAN не влияют друг на друга, если они работают на каналах, относящихся к двум границам диапазона. Точки доступа WLAN автоматически выбирают каналы WLAN, в зависимости от текущей загруженности сети. То есть они выполняют предварительное сканирование каналов WLAN и определяют существующие беспроводные сети.

Каналы важны и для скорости передачи, чем шире канал, тем более высокая скорость обеспечивается с помощью модуляции. Ниже приведены сведения о ширине каналов WLAN

  • WLAN 802.11a/b/g: 20 МГц
  • WLAN 802.11n: 20 МГц в диапазоне 2,4 ГГц; 40 МГц в диапазоне 5 ГГц
  • WLAN 802.11ac: 80 МГц или опционально 160 МГц

Каждый канал состоит из разного количества несущих частот. Они занимают частотную полосу меньше ширины канала, например, 0,3125 МГц. Таким образом, канал на 20 МГц может разделяться на 52 несущих по 0,3125 МГц. В результате они обеспечивают суммарную ширину 16,25 МГц. Поскольку несущие не должны пересекаться, между ними оставлены небольшие промежутки.

Чем шире будут каналы, тем больше несущих можно использовать, тем выше будет пропускная способность сети.

Старые, но все еще актуальные стандарты: 802.11a, 802.11b, 802.11g

Первые стандарты WLAN были представлены еще в 1997 году, но сегодня они уже почти не используются, поскольку не соответствуют требованиям современности. WLAN стандарта 802.11b может работать на скорости от 2,5 до 11 Мбит/с диапазоне 2,4 ГГц. Стандарты 802.11a и 802.11g дают более высокую скорость до 54 Мбит/с. Стандарт g работает в диапазоне 2,4 ГГц, стандарт a – в диапазоне 5 ГГц.

Как мы уже отметили выше, старые сетевые стандарты поддерживаются сегодня точками доступа WLAN, но используются они очень редко. Современные устройства, будь то ноутбуки, смартфоны или планшеты, работают на более высоких скоростях.

802.11n

WLAN 802.11n стал первым стандартом, работающим в обоих диапазонах 2,4 и 5 ГГц. Он использует квадратурную модуляцию QAM64 с дополнительным сигналом на несущей со сдвигом фазы.

В случае 802.11n впервые появилась технология MIMO (multiple input multiple output technology). Она использует несколько антенн для приема и передачи сигнала, увеличивающих скорость передачи. В стандарте 802.11n доступны конфигурации MIMO антенн 1x1, 2x2, 3x3 и 4x4. Благодаря более широким каналам (108 несущих по 0,3125 МГц) стандарт 802.11n может обеспечивать скорость до 600 Мбит/с, но "чистая" скорость составляет 240 Мбит/с. Хотя подобная скорость достигается за счет "ущемления" других каналов, с которыми не должно быть пересечений.

802.11ac

Более современным стандартом WLAN является 802.11ac. Он работает в диапазоне 5 ГГц, поэтому если ваши устройства поддерживают только 2,4 ГГц, с 802.11ac они не будут совместимы никогда. Вместе с 802.11ac была представлена конфигурация антенн MIMO 8x8. Впрочем, не забывайте, что она работает только в тех случаях, когда ее поддерживают и точка доступа, и клиентские устройства. Стандарт опирается на квадратурную модуляцию QAM256. В зависимости от конфигурации антенн, ширина канала может составлять от 20 до 160 МГц, теоретическая пропускная способность увеличивается до 6,9 Гбит/с. Впрочем, "полезная" скорость намного меньше – до 3,5 Гбит/с.

Здесь мы хотели бы привести некоторые тесты производительности роутера Netgear Nighthawk X10 в диапазонах 2,4 и 5 ГГц.

2,4 ГГц - соседняя комната (4 м)

Netgear Nighthawk X10

Мбайт/с
Больше - лучше

2,4 ГГц - другой этаж (6 м)

Netgear Nighthawk X10

Мбайт/с
Больше - лучше

5 ГГц - соседняя комната (4 м)

Netgear Nighthawk X10

Мбайт/с
Больше - лучше

5 ГГц - другой этаж (6 м)

Netgear Nighthawk X10

Мбайт/с
Больше - лучше

802.11ad

Последней разработкой в сфере стандартов WLAN является 802.11ad. Стандарт вновь увеличивает пропускную способность, но при этом переходит на новый частотный диапазон. 802.11ad работает на частоте 60 МГц, вернее, между 57 и 66 МГц, в зависимости от доступных частот в каждой стране. Диапазон разделен на шесть каналов шириной 2.160 МГц, но не во всех странах могут использоваться все каналы. Также стандарт называется WiGig, но радиус действия составляет единицы метров из-за сильного затухания сигнала 60 ГГц. Теоретическая пропускная способность составляет до 6,7 Гбит/с.

До сих пор лишь немногие WLAN-роутеры и клиентские устройства поддерживают 802.11ad, но среди них находится и протестированный ранее Netgear Nighthawk X10.

Диапазон 60 ГГц - прямая видимость (2 м)

Netgear Nighthawk X10

Мбайт/с
Больше - лучше

Заключение

Если проводную сеть в квартире или доме прокладывать не хочется, то беспроводная сеть станет разумной альтернативой. Конечно, WLAN должна работать как можно быстрее, поскольку объемы данных увеличиваются. Подключение к Интернету тоже достигает у многих пользователей 100 Мбит/с или даже выше при наличии оптических подключений. Вполне логично, что WLAN в таких сценариях не должна являться "узким местом".

WLAN 802.11ac можно назвать наиболее актуальным стандартом. Точки доступа и клиентские устройства могут принимать и передавать несколько потоков одновременно, что увеличивает пропускную способность. Так что и передача контента UHD теоретически возможна. Кроме того, современная технология WLAN позволяет передавать большие объемы данных на несколько устройств одновременно. Например, папа может заливать фотографии из отпуска на NAS, мама в это время будет смотреть сериал, а ребенок - видеоролики YouTube.

В любом случае, WLAN нельзя назвать полноценной заменой Ethernet. Особенно это касается сценариев, в которых надежность и стабильность передачи данных стоят на первом месте. В зависимости от условий и окружения, WLAN может не достигать нужной скорости или дальности. Конечно, все зависит от конкретного дома, но площадь 80 квадратных метров или выше покрыть одной точкой доступа проблематично. В таких ситуациях могут помочь несколько точек доступа с одинаковым SSID. Альтернативы, подобные PowerLine, ситуацию спасают не всегда, поскольку они тоже не могут дать гарантированной скорости.

С учетом всего сказанного, следует выбирать скоростную сеть WLAN, которая сможет справиться с различными домашними устройствами. А таких устройств становится все больше: по одному смартфону на каждого члена семьи – это только начало. Носимые устройства тоже постепенно интегрируются в WLAN, например.