Jan Kończak

Spis treści

Podstawowe pojęcia
Pasmo i standardy określające możliwe prędkości działania sieci
OFDM / OFDMA
Anteny
Teoretyczna prędkość sieci
Typy sieci i ich identyfikatory
802.11…

Podstawowe pojęcia

WLAN (Wireless LAN) = idea, pomysł, nazwa rozwiązania technicznego
https://pl.wikipedia.org/wiki/Bezprzewodowa_sie%C4%87_lokalna
IEEE 802.11 = rodzina standardów opisujących konkretne rozwiązania techniczne dla sieci bezprzewodowych
Wi-Fi® = znak towarowy (trademark) organizacji Wi-Fi Alliance, wystawiającej certyfikaty zgodności urządzeń ze swoją wizją sieci bezprzewodowej, która z kolei sprowadza się do standardów z rodziny 802.11
Uwaga: Wi-Fi 4, Wi-Fi 5, Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E i Wi-Fi 7 to oznaczenia kolejnych "generacji" sieci bezprzewodowych certyfikowanych przez Wi-Fi Alliance

Urządzenia w sieci:

STA - station, stacja, adresowalne urządzenie sieci bezprzewodowej.
AP - access point, punkt dostępowy. AP umożliwia stacjom na dostęp do urządzeń w sieci przewodowej (i na odwrót)¹⁾. Działa na warstwie 2 (łącza danych).

Pasmo i standardy określające możliwe prędkości działania sieci

	marka	rok wyd.	2.4GHz		5GHz		6GHz		strumieni przestrz.	kodo- wanie
	marka	rok wyd.	sz. kan.	max band.	sz. kan.	max band.	sz. kan.	max band.	strumieni przestrz.	kodo- wanie
802.11		1997	22	2Mbps	—		—		×1	DSSS/ FHSS
802.11b		1999	22	11Mbps	—		—			DSSS
802.11a		1999	—		20	54Mbps	—			OFDM
802.11g		2003	20	54Mbps	—		—
802.11n	Wi-Fi 4	(2006), 2009	HT20	72.2Mbps	HT20	72.2Mbps	—		×4
802.11n	Wi-Fi 4	(2006), 2009	HT40	150Mbps	HT40	150Mbps	—		×4
802.11ac	Wi-Fi 5	wave 1: 2013, wave 2: 2016	—		VHT20	86.7Mbps	—		×8
			—		VHT40	200Mbps	—
			—		VHT80	433.3Mbps	—
			—		VHT160	866.7Mbps	—
802.11ax	Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E	2019, 2020	HE20	143.4Mbps	HE20	143.4Mbps	HE20	143.4Mbps		OFDM/ OFDMA
			HE40	286.8Mbps	HE40	286.8Mbps	HE40	286.8Mbps
			—		HE80	600.5Mbps	HE80	600.5Mbps
			—		HE160	1201Mbps	HE160	1201Mbps
802.11be	Wi-Fi 7	(2024?)	EHT20	172Mbps	EHT20	172Mbps	EHT20	172Mbps	×16
			EHT40	344Mbps	EHT40	344Mbps	EHT40	344Mbps
			—		EHT80	721Mbps	EHT80	721Mbps
			—		EHT160	1441Mbps	EHT160	1441Mbps
			—		—		EHT320	2882Mbps
Podane prędkości to maksymalne teoretyczne prędkości dla jednego strumienia przestrzennego
802.11ac i 802.11ax potrafią też używać dwóch kanałów 80MHz naraz (80+80) z przepustowością identyczną jak dla 160MHz 802.11be pozwala łączyć kanały na różnych pasmach w ramach jednej sieci (Multi-Link Operation, MLO) 802.11ax z ODFMA ma niższe prędkości teoretyczne 802.11ax bez wsparcia dla pasma 6GHz to Wi-Fi 6, a ze wsparciem to Wi-Fi 6E

Plan kanałów dla sieci bezprzewodowych:
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_WLAN_channels

Jaką część pasma zajmuje jedna sieć, ile się zmieści niezakłócających się wzajemnie sieci w standardach g, n, ac, ax dla pasm 2.4, 5 i 6 GHz
Dla większości pasma 5GHz należy używać DFS (dynamic frequency selection, dynamicznego wyboru częstotliwości), który ma za zadanie wybranie częstotliwości która nie będzie zakłócać innych urządzeń
Zakłócenia radarów pogodowych wywoływane przez sieci bezprzewodowe nie obsługujące poprawnie DFS: [ 1 ]
źródło: https://meteo.imgw.pl/dyn/#group=radar&param=sri
[ 2 ]
źródło: https://meteo.imgw.pl/dyn/#group=radar&param=sri
Na nadawanie fal radiowych trzeba mieć zgodę państwa, stąd ograniczenia pasma transmisji danych; odnośniki do w miarę aktualnych aktów prawnych można znaleźć np. tutaj

OFDM / OFDMA

OFDM polega na podziale pasma na wiele częstotliwości nośnych (subcarriers) i nadawaniu danych jako kolejnych symboli – krótkich, oddzielonych przerwami okresów (np. 3.2 µs) w których sygnał jest generowany przez dodanie każdej nośnej o odpowiednio zmienionej amplitudzie i fazie (modulacja).
Po stronie odbiorcy wykorzystuje się FFT do przetworzenia sygnału z powrotem na wartości amplitud i fazę dla kolejnych częstotliwości, czyli odczytuje się nadany symbol.
Do zminimalizowania błędów w transmisji do przesyłanych danych dodaje się dodatkowe bity które pozwalają na wykrycie błędów i korekcję sygnału (kodowanie).

Do standardu 802.11ac wszystkie częstotliwości nośne symbolu były kierowane do jednego odbiorcy.
W standardzie 802.11ax wprowadzono możliwość wykorzystania OFDMA – część nośnych może być przeznaczona dla jednego odbiorcy, a pozostałe dla innych. Pozwala to jednocześnie nadawać dane do kilku urządzeń naraz i wg. reklam standardu 802.11ax ma znacznie usprawnić pracę wielu urządzeń w sieci przez redukcję opóźnień (i działać lepiej niż MU-MIMO).

Anteny

Rodzaje anten: [1]
źródło

dookolne
kierunkowe

Jednoczesne użycie wielu anten:

MIMO (od 802.11n) [2]
Oznacza to, że przy teoretycznej prędkości dla 1 strumienia rzędu 150Mbps i konfiguracji 4x4 możliwa jest transmisja z teoretyczną prędkością 600Mbps
MU-MIMO (od 802.11ac) [3] [4]
W 802.11ax możliwe jest też odbieranie danych od wielu urządzeń naraz (w 802.11ac możliwe jest tylko wysłanie do wielu urządzeń naraz)
Beamforming [5] [6] [7]

Teoretyczna prędkość sieci

Sieci bezprzewodowe (poza 802.11b) wykorzystują OFDM (lub OFDMA) - dzielą kanał na podnośne (ang. subcarriers) i na każdej wybierają, w zależności od jakości sygnału i poziomu sygnału i szumu, modulację i kodowanie podnośnych. Teoretyczna prędkość sieci zależy od ustalonej:

szerokości kanału, czyli ilości podnośnych (20MHz - 48(a,g) lub 52(n), 40MHz - 108 (n,ac), 80MHz - 234 (ac), ax - 4× gęściej)
ilości użytych niezależnych transmisji (różnymi parami anten) (ang. spatial streams)
czasu na jeden symbol, stałego dla standardu (np. 3.2µs+0.8/0.4µs (n,ac), 12.8µs+0.8/1.6/3.2µs(ax))

oraz zmiennej:

modulacji podnośnych (BPSK, QPSK, 16/64/256/1024-QAM)
kodowania danych

Modulacje i kodowania (MCS) są pogrupowane w pary (i numerowane)

Przykładowo dla dwóch kanałów 20 MHz i 802.11n (do transmisji danych używa się 52 podnośnych), dla nadawania symbol przez 3.2 µs i 0.4µs przerwy między symbolami, używanej modulacji 64-QAM (czyli: 6 bitów na symbol) i kodowania 3/4 (czyli: z każdych kolejnych 4 przesłanych bitów powstają 3 bity danych, nadmiar służy wykrywaniu i korekcji błędów), teoretyczna prędkość to: 2 * 52 * 1/3.6µs * 6b * 3/4 = 130 Mb/s

Przykładowe tabele prędkości: https://mcsindex.net/

Typy sieci i ich identyfikatory

Typy sieci bezprzewodowych i identyfikatory sieci bezprzewodowych

IBSS – independent BSS, sieć bez AP, ad-hoc
- BSSID sieci IBSS (w Linuksie też Cell ID) – identyfikator sieci ad-hoc, tworzony dynamicznie, typowo losowy lub tożsamy z adresem MAC jednego z pierwszych uczestników sieci
MBSS – mesh BSS https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_mesh_network, 802.11s
infrastructure BSS (Basic Service Set) – tryb infrastruktury czyli AP i stacje z nim połączone²⁾
- BSSID – identyfikator takiej sieci; typowo adres MAC AP
ESS – Extended Service Set – zbiór BSSów z tym samym SSID połączonych siecią dystrybucji (DS, distribution system)
ESSID (lub SSID)– nazwa (słowna) sieci, występuje w IBSS, MBSS, BSS, ESS

Ilustracja BSS/ESS

802.11…

https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11#Standards_and_amendments
http://www.cs.put.poznan.pl/ddwornikowski/sieci/sieci2/adhoc.html

¹⁾ Formalnie AP to urządzenie które zapewnia dostęp stacjom z tego samego BSS do systemu dystrybucji (DS). Medium systemu dystrybucji nie jest określone w standardzie 802.11

²⁾ Uwaga: formalnie BSS to każda grupa mogących się bezpośrednio komunikować stacji, ale zwykle to określenie stosuje się do infrastructure BSS

Jan Kończak

Narzędzia użytkownika

Narzędzia witryny

Pasek boczny