Jan Kończak

This page is read only. You can view the source, but not change it. Ask your administrator if you think this is wrong.
==== 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 [[https://www.wi-fi.org/who-we-are/our-brands|Wi-Fi Alliance]], wystawiającej certyfikaty zgodności urządzeń ze swoją wizją sieci bezprzewodowej, która z kolei sprowadza się do standardów z rodziny 802.11 \\ <html><small></html>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<html></small></html>

Urządzenia w sieci:
  * **STA** - [[https://en.wikipedia.org/wiki/Station_(networking)|station]], **stacja**, adresowalne urządzenie sieci bezprzewodowej.
  * **AP** - [[https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_access_point|access point]], punkt dostępowy. AP umożliwia stacjom na dostęp do urządzeń w sieci przewodowej (i na odwrót)((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)). 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 ^
^   :::  ^  :::  ^  :::             ^sz. kan.^max band.^ sz. kan.^max band.^ sz. kan.^max band.^                :::            ^    :::    ^
| 802.11 |       |        1997      |    22|       2<small>Mbps</small>|      —            ||        —          ||                     ×1     | DSSS/ \\ FHSS |
| 802.11b|       |        1999      |    22|      11<small>Mbps</small>|      —            ||        —          ||                    :::     | DSSS      |   
| 802.11a|  :::  |         :::      |     —            ||     20|      54<small>Mbps</small>|        —          ||                    :::     | OFDM      |
| 802.11g|       |        2003      |    20|      54<small>Mbps</small>|       —           ||        —          ||                    :::     | :::       |
| 802.11n|Wi-Fi 4|  (2006),\\ 2009  |  HT20|    72.2<small>Mbps</small>|   HT20|    72.2<small>Mbps</small>|        —          ||                     ×4     | :::       |
|  :::   | :::   |        :::       |  HT40|     150<small>Mbps</small>|   HT40|     150<small>Mbps</small>|        —          ||                    :::     | :::       |
|802.11ac|Wi-Fi 5|  wave 1:\\ 2013,\\ \\ wave 2:\\ 2016  |  —  ||  VHT20|  86.7<small>Mbps</small>|     —          ||                     ×8     | :::       |
|  :::   | :::   |         :::      |     —            ||  VHT40|     200<small>Mbps</small>|        —          ||                    :::     | :::       |
|  :::   | :::   |         :::      |     —            ||  VHT80|   433.3<small>Mbps</small>|        —          ||                    :::     | :::       |
|  :::   | :::   |         :::      |     —            || VHT160|   866.7<small>Mbps</small>|        —          ||                    :::     | :::       |
|802.11ax|Wi-Fi 6, \\ Wi-Fi 6E|  2019,\\ 2020  |  HE20|  143.4<small>Mbps</small>|  HE20|  143.4<small>Mbps</small>|  HE20|  143.4<small>Mbps</small>|              :::     |OFDM/ \\ OFDMA |
|  :::   | :::   |         :::      |  HE40|   286.8<small>Mbps</small>|   HE40|   286.8<small>Mbps</small>|   HE40|   286.8<small>Mbps</small>|                    :::     | :::       |
|  :::   | :::   |         :::      |     —            ||   HE80|   600.5<small>Mbps</small>|   HE80|   600.5<small>Mbps</small>|                    :::     | :::       |
|  :::   | :::   |         :::      |     —            ||  HE160|    1201<small>Mbps</small>|  HE160|    1201<small>Mbps</small>|                    :::     | :::       |
|802.11be|Wi-Fi 7|  <small>Wi-Fi \\ Alliance:</small> \\ 2024 \\ \\ <small>IEEE \\ Draft:</small> \\ [[https://standards.ieee.org/ieee/802.11be/7516/|2024]]   |  EHT20|     172<small>Mbps</small>|  EHT20|     172<small>Mbps</small>|  EHT20|     172<small>Mbps</small>|                    ×16     | :::       |
|  :::   | :::   |         :::      |  EHT40|     344<small>Mbps</small>|  EHT40|     344<small>Mbps</small>|  EHT40|     344<small>Mbps</small>|                    :::     | :::       |
|  :::   | :::   |         :::      |     —            ||  EHT80|     721<small>Mbps</small>|  EHT80|     721<small>Mbps</small>|                    :::     | :::       |
|  :::   | :::   |         :::      |     —            ||  EHT160|    1441<small>Mbps</small>|  EHT160|    1441<small>Mbps</small>|                    :::     | :::       |
|  :::   | :::   |         :::      |     —            ||      —            ||  EHT320|    2882<small>Mbps</small>|                    :::     | :::       |
| Podane prędkości to maksymalne **teoretyczne** prędkości dla **jednego** strumienia przestrzennego \\ Dla //N// strumieni teoretyczna prędkość jest //N// nazy większa. |||||||||||
| 802.11ac i 802.11ax potrafią też używać dwóch kanałów 80MHz naraz (80+80) z przepustowością identyczną jak dla 160MHz \\ 802.11be pozwala używać też kanał 160MHz połączony z drugim kanałem 160MHz lub 80MHz naraz \\ 802.11be pozwala używać jednocześnie kanałów na różnych pasmach w ramach jednej sieci – Multi-Link Operation, MLO[[https://www.tp-link.com/us/blog/1067/what-is-wifi-7-s-multi-link-operation-mlo-/|[1]]] \\ 802.11ax bez wsparcia dla pasma 6GHz to Wi-Fi 6, a ze wsparciem to Wi-Fi 6E |||||||||||


**Plan kanałów dla sieci bezprzewodowych**:\\
<html>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</html> [[https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_WLAN_channels]] \\
<html><div style="border:1px black solid; width: fit-content; margin-left: 24pt; margin-top: -14pt"></html>{{sk2:plan-kanalow.svg?200}}<html></div></html>

  * 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 \\ <html><small></html>Zakłócenia radarów pogodowych wywoływane przez sieci bezprzewodowe nie obsługujące poprawnie [[https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_frequency_selection|DFS]]:  ++ [ 1 ] |{{:sk2:radary_pogodowe-zaklocenia.webm?755x745|}} \\ źródło: [[https://meteo.imgw.pl/dyn/#group=radar&param=sri]] \\ ++ ++ [ 2 ] |{{:sk2:screenshot_20210419_185612.png|}} \\ źródło: [[https://meteo.imgw.pl/dyn/#group=radar&param=sri]]++ <html></small></html>
  * <html><small></html>Na nadawanie fal radiowych trzeba mieć zgodę państwa, stąd ograniczenia pasma transmisji danych; odnośniki do w miarę aktualnych aktów prawnych można znaleźć np. [[https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/sforshee/wireless-regdb.git/tree/db.txt#n1432|tutaj]]<html></small></html>

<small>

==== OFDM / OFDMA ====

{{:sk2:wlan:ofdm.svg?400px}}

[[https://pl.wikipedia.org/wiki/OFDM|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 [[https://pl.wikipedia.org/wiki/Transformacja_Fouriera|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
[[https://pl.wikipedia.org/wiki/OFDMA|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).

</small>

==== Anteny ====

Rodzaje anten: ++[1]|{{:sk2:anteny_3d.jpg|}} <html><br /><span style="margin-left:600px"/><small></html>[[https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/wireless/controller/8-5/Enterprise-Mobility-8-5-Design-Guide/Enterprise_Mobility_8-5_Deployment_Guide/wlanrf.html|źródło]]<html></small></html>++
  * dookolne
  * kierunkowe

Jednoczesne użycie wielu anten:
  * MIMO (od 802.11n) [[https://pl.wikipedia.org/wiki/Multiple_Input_Multiple_Output|[2]]] \\ <html><small></html>Oznacza to, że przy teoretycznej prędkości dla 1 strumienia rzędu 150Mbps i konfiguracji 4x4 możliwa jest transmisja z teoretyczną prędkością 600Mbps<html></small></html>
  * MU-MIMO (od 802.11ac) [[https://en.wikipedia.org/wiki/Multi-user_MIMO|[3]]] [[https://www.networkcomputing.com/wireless-infrastructure/how-does-mu-mimo-work|[4]]] <html><small></html> \\ W 802.11ax możliwe jest też odbieranie danych od wielu urządzeń naraz (w 802.11ac możliwe jest tylko wysłanie do wielu urządzeń naraz)<html></small></html>
  * Beamforming [[https://pl.wikipedia.org/wiki/Kszta%C5%82towanie_wi%C4%85zki|[5]]] [[https://www.cyberbajt.pl/raport/443/0/446/|[6]]] [[https://info.support.huawei.com/info-finder/encyclopedia/en/Beamforming.html|[7]]]

{{:sk2:wiele_anten.svg|}}

<html><small></html>
==== 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)
  * [[https://pl.wikipedia.org/wiki/Kodowanie_korekcyjne|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://docs.google.com/spreadsheets/d/1encwQfSqdCLs7HhnHXHKzugGKxd-j2hkPrhFZRA-73M/pubhtml|https://mcsindex.net/]] <html><!--https://www.semfionetworks.com/blog/mcs-table-updated-with-80211ax-data-rates--></html>
<html></small></html>
==== 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
  * <html><small></html> MBSS – mesh BSS [[https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_mesh_network]], [[https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11s|802.11s]]<html></small></html>
  * infrastructure **BSS** (Basic Service Set) – **tryb infrastruktury** czyli AP i stacje z nim połączone((Uwaga: formalnie BSS to każda grupa mogących się bezpośrednio komunikować stacji, ale zwykle to określenie stosuje się do infrastructure BSS)) 
    * **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 |

{{:sk2:802_11.png?nolink|}}<html><br /><div style="display:inline;margin-left:450px"></div><small></html>[[http://www.ieee802.org/802_tutorials/06-November/802.11s_Tutorial_r5.pdf|źródło]]<html></small></html>

{{:sk2:ess_bss.png?nolink|}}<html><br /><div style="display:inline;margin-left:450px"></div><small></html>[[https://ieeexplore.ieee.org/document/7786995|źródło: standard 802.11-2016, strona 188]]<html></small></html>

++++

==== 802.11… ====

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