Wi-Fi: Что дальше?

Eric Geier. What’s Next For Wi-Fi. PCWorld, сентябрь 2014.

В наши дни, когда невероятно быстрые маршрутизаторы, соответствующие стандарту IEEE 802.11ac, еще только переходят в категорию товаров массового потребления, неугомонные инженеры уже колдуют над созданием еще более производительного оборудования, по сравнению с которым современные устройства покажутся вам медленными, как черепаха.

Стоит отметить, что попытки создания стандарта 802.11ac едва не закончились провалом — Институту инженеров по электронике и электротехнике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) не удавалось утвердить его спецификации вплоть до декабря 2013 г. Поэтому чипсеты, поддерживающие функциональность и производительность 802.11ac, еще только разрабатываются.

Справедливости ради нужно заметить, что большинство маршрутизаторов 802.11ac первой волны базировались на предварительной версии стандарта 802.11ac. Разработчики некоторых продуктов такого рода (например, шестиантенного маршрутизатора Netgear Nighthawk X6) использовали собственные приемы, позволявшие выжать из технологии еще более высокую производительность. А между тем, устройства, соответствующие окончательной версии стандарта, появятся на полках только в начале 2015 г. Они будут поддерживать дополнительные возможности, помогающие еще сильнее увеличить скорость беспроводной связи. И параллельно начнется работа над новыми и дополнительными стандартами, предназначенными для специальных приложений.

Прогнозировать сегодня сроки устаревания очередного купленного вами маршрутизатора довольно затруднительно, потому что представители отрасли еще только обсуждают перспективы создания преемника 802.11ac.

Двухпалатная система

IEEE занимается разработкой и утверждением спецификаций стандартов Wi-Fi, в частности, 802.11ac и более старого 802.11n. Организация Wi-Fi Alliance (объединение компаний, занимающихся производством оборудования для беспроводных сетей) сертифицирует выпускаемые устройства на соответствие требованиям стандарта и интероперабельность.

Получение сертификата Wi-Fi Alliance не является обязательным (производителям оборудования приходится платить за это), но может повлиять на выбор потребителей, особенно в первые дни существования нового стандарта. Обещание того, что оборудование будет работать именно так, как заявлено, имеет очень важное значение, потому что специалисты IEEE потратили годы на выработку окончательных спецификаций. Проектирование стандарта 802.11ac началось в 2008 г. и завершилось только в конце 2013 г. Производители оборудования, как правило, не желают ждать так долго, и потому на предварительном варианте спецификаций еще не успевают высохнуть чернила, а продукты, соответствующие этой промежуточной версии, уже появляются на рынке. Компания Buffalo начала поставлять свои первые маршрутизаторы 802.11ac в 2012 г., а первая программа сертификации Wi-Fi Alliance заработала только в середине 2013 г.

Каковы же отличительные черты стандарта 802.11ac? Прежде всего, он работает в частотном диапазоне 5 ГГц, загруженном значительно меньше диапазона 2,4 ГГц. В результате сигнал в меньшей степени подвергается воздействию помех.

По производительности 802.11ac значительно превосходит возможности предыдущего стандарта. Технология SU-MIMO (Single-User Multiple-Input/Multiple-Output), на которой базировался стандарт 802.11n, позволяла передавать одному клиенту множество потоков. Впоследствии она перекочевала и в 802.11ac, получив дополнительно (помимо всего прочего) более мощные методы модуляции, позволяющие доводить максимальную физическую скорость одного потока до весьма впечатляющих 433 Мбит/с.

Маршрутизаторы первой волны поддерживали одновременную передачу трех потоков, и их максимальная пропускная способность составляла 1,3 Гбит/с. А теперь сравните эти цифры с возможностями маршрутизатора 802.11n, который может использовать до трех потоков с максимальной пропускной способностью 150 Мбит/с. Совокупная максимальная скорость обмена данными у него составляет лишь 450 Мбит/с.

В апреле компания Quantenna Communications анонсировала свой первый чипсет 802.11ac второй волны. Вторая волна маршрутизаторов появится на рынке в следующем году. Эти модели будут поддерживать ряд дополнительных возможностей стандарта 802.11ac. Во-первых, речь идет о технологии MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input/Multiple-Output), которая позволит одновременно передавать несколько потоков данных более чем одному клиенту.

Во-вторых, объединение нескольких каналов, работающих на частоте 5 ГГц, позволит получать полосу пропускания в 160 МГц. Маршрутизаторы первой волны также умели объединять каналы в диапазоне 5 ГГц, но полоса пропускания результирующего канала при этом не превышала 80 МГц. В-третьих, если маршрутизаторы 802.11n и первой волны 802.11ac поддерживали не более трех потоков, то для устройств 802.11ac эту планку удалось поднять до восьми. Благодаря использованию более широких каналов и дополнительных потоков, улучшенным методам формирования направленного сигнала и другим технологиям, максимальная скорость физической передачи данных у маршрутизаторов 802.11ac второй волны будет достигать 7—10 Гбит/с.

Новая технология обеспечивает более быстрые соединения

Single-user MIMO Одновременно обслуживается только одно устройство

Multi-user MIMO Многопользовательский сигнал позволяет одновременно обслуживать сразу несколько устройств

Модель Dell Wireless Dock D5000 поддерживает связь на коротких расстояниях на частоте 60 ГГц, что позволяет избавиться от кабелей при подключении дисплея, мыши, клавиатуры и аудиоустройств

Wi-Fi следующего поколения: IEEE 802.11ax

Недавно вице-президент Wi-Fi Alliance по технологиям Грег Эннис заявил, что преемником 802.11ac, по мнению IEEE, должен стать стандарт 802.11ax. Ожидается, что окончательный вариант спецификаций 802.11ax будет утвержден не ранее марта 2019 г., но продукты, соответствующие предварительному варианту, скорее всего, появятся на рынке уже в 2016 г. На примере 802.11n и 802.11ac мы имели возможность наблюдать, что готовые продукты поступают в продажу значительно раньше официального утверждения стандарта.

Одной из основных целей создания 802.11ax, по словам Энниса, станет увеличение в 4 раза не только пропускной способности сети в целом, но и скорости обмена данными с отдельными клиентскими устройствами. Китайский производитель Huawei, инженеры которого входят в состав рабочей группы IEEE 802.11ax, уже сообщал о передаче данных на скорости 10,53 Гбит/с в частотном диапазоне 5 ГГц.

По мнению Энниса, стандарт 802.11ax увеличит пропускную способность сетей Wi-Fi и повысит устойчивость их функционирования при большом количестве пользователей (например, у точек доступа в общественных местах) благодаря более эффективному распределению доступного спектра, улучшению управления интерференцией и расширению возможностей базовых протоколов, в частности технологии MAC (Medium Access Control).

Для ускорения передачи данных в стандарте 802.11ax будет применяться технология множественного доступа с ортогональным частотным разделением сигнала (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access, OFDMA). Подобно ортогональному частотному мультиплексированию, технология OFDMA кодирует данные на нескольких поднесущих частотах, по сути, размещая больше информации в одном и том же объеме эфирного пространства. Часть Multiple Access термина ODFMA как раз и описывает средства распределения подмножеств поднесущих частот между отдельными пользователями.

Дополнительные стандарты

В то время как одна группа в IEEE занимается определением преемника 802.11ac, другие разрабатывают два дополнительных стандарта беспроводных сетей специального назначения.

Стандарт IEEE 802.11ad задействует нелицензируемый частотный спектр 60 ГГц для построения быстрых беспроводных сетей короткого радиуса действия. Их максимальная пропускная способность будет достигать примерно 7 Гбит/с.

У передачи данных в диапазоне 60 ГГц есть два основных недостатка: сверхкороткие волны с трудом проникают через стены, а молекулы кислорода на частоте 60 ГГц поглощают электромагнитную энергию. Вот почему на рынке до сих пор представлено довольно мало продуктов, работающих на частоте 60 ГГц. По сути, они способны поддерживать связь только на очень коротких расстояниях или в пределах одной комнаты. Примером первого направления является устройство Dell Wireless Dock D5000, а второго — модель DVDO Air, пересылающая по беспроводным каналам потоки аудио и видео высокой четкости с проигрывателя Blu-ray на видеопроектор.

В конце 2013 г. объединение Wi-Fi Alliance анонсировало программу сертификации 802.11ad. Продуктам 802.11ad, обеспечивающим интероперабельность, будет присваиваться статус Wi Gig Certified. Сертификация начнет проводиться в 2015 г.

На противоположном конце спектра находится стандарт IEEE 802.11ah. Сигналы беспроводных сетей IEEE 802.11ah, передаваемые в нелицензируемом диапазоне 900 МГц, легко проникают через стены, но не обладают высокой пропускной способностью — скорость передачи данных при этом может составлять от 100 кбит/с до 40 Мбит/с. Технология подобного рода обещает быть полезной для многочисленных датчиков и зондов, размещаемых в жилых домах и коммерческих зданиях. Стандарт 802.11ah может рассматриваться в качестве конкурента протоколов «Интернет вещей» Z-Wave и Zig Bee. Ожидается, что IEEE утвердит спецификации 802.11ah не ранее января 2016 г.

Wi-Fi на любой вкус

Давайте вернемся к рассмотренным нами ранее комбинациям букв алфавита, и вы увидите, что будущее Wi-Fi связано с эволюцией стандартов, которые будут отвечать потребностям в беспроводном подключении новых поколений устройств. А поскольку к этим новым поколениям может относиться все что угодно, начиная от корпоративных принтеров и заканчивая таймерами для варки яиц, нам понадобятся и сети, которые подойдут на все случаи жизни.